بررسی تجربی و عددی آثار پذیرش جزئی بر توزیع جریان در فضای محوری توربین فرا‌صوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیرکبیر

چکیده

در توربین‌های محوری که در نسبت فشارهای بالا کار می‌کنند، می‌توان با استفاده از پره‌های فراصوت کار ویژه‌ی بالا به‌دست آورد. در این توربین‌ها دبی جرمی سیال کاری کم می‌باشد و ارتفاع پره‌ها کوچک است. جریان در گذرگاه‌هایی با ارتفاع کوچک، به‌دلیل تشکیل گردابه‌های نعل اسبی یا انتهای دیواره، دچار انسداد می‌شود. استفاده از روش پذیرش جزئی امکان استفاده از پره‌های بلندتر را فراهم و از این نوع اتلافات جلوگیری می‌کند. اما پذیرش جزئی خود موجب بروز اتلافات دیگری است که از پارامترهای متعدد، از جمله پارامترهای هندسی نازل‌های ورودی توربین پیروی می‌کند. نازل‌ها در حکم استاتور می‌باشند و به‌صورت هم‌گرا- واگرا هستند. پارامترهای هندسی تأثیر خود را در توزیع جریان در فضای محوری خروجی نازل- ورودی روتور نشان می‌دهند. علاوه‌برآن، تغییر این پارامترها، حتی به‌صورت جزئی، موجب تغییر درجه‌ی پذیرش جزئی می‌گردد. مطالعات نشان می‌دهد، راندمان توربین به‌شدت به درجه‌ی پذیرش جزئی وابسته است. در این مقاله، با انجام آزمایش‌های تجربی و تحلیل‌های یک‌بعدی و سه‌بعدی، الگوی جریان و پارامترهای مؤثر بر آن در فضای محوری بررسی و ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهد که تغییرات اندک پارامترها تأثیر قابل توجهی بر توزیع جریان و عملکرد توربین دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Study of Partial Admission Effect on Flow Distribution in Supersonic Turbine Axial-Gap

نویسندگان [English]

  • R. Aghaei tog
  • A. Mesgarpour Tousi
چکیده [English]

In high-pressure axial turbines, when the fluid mass flow is low, the supersonic blades are being used to obtain a high specific work output. To prevent losses due to low blade aspect ratio, the turbine is used in partial admission conditions. The turbine stator is a group of convergence-divergence nozzles that provides the supersonic flow. The design of these nozzles is important, because there is a direct relationship between the degree of partial admission and nozzle design parameters. The turbine efficiency is highly dependent on partial admission degree. To assess, in first step, an evaluation was carried out using an appropriate turbine efficiency correlation; then, a three-dimensional numerical analysis was implemented, and finally a series of experimental tests were carried out to validate the above assessments. The experimental results showed a good agreement with 1D and 3D numerical predicted results of turbine performance. The results showed that even small changes in the nozzle geometric parameters and partial admission degree, have a significant impact on the turbine performance and the flow distribution in the axial gap.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Partial Admission
  • Supersonic Turbine
  • Axial Gap
  • Loss Modelling
  • 3D numerical analysi