عنوان
بررسي عددي و تجربي اثر اغتشاشات جريان آزاد بر پارامترهاي جريان روي كسكيدِ پره‌هاي توربين
نويسنده اصلي
بهادر بختياري نيا
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در ساليان اخير به دليل طراحي و ساخت بخش توربين فشار پايين با تعداد پره‌هاي كمتر و توزيع بار آئروديناميكي بيشتر در موتورهاي توربين گاز، مطالعه اين بخش از موتور به موضوعي جذاب براي محققان مبدل شده است. از اين رو در پژوهش حاضر تأثير پارامتر شدت اغتشاشات جريان آزاد در تقابل با دو پارامتر عدد رينولدز و زاويه برخورد روي سطح مكش پره توربين فشار پايين مورد مطالعه تجربي و عددي قرار گرفته است. آزمون‌ها روي مجموعه كسكيد پره‌هاي CT2 ساخته شده در آزمايشگاه آئروديناميك و توربوماشين‌هاي تراكم پذير و در محدوده عدد رينولدز k100 تا k250، شدت اغتشاشات جريان آزاد 6/0% تا 3/2% در لبه حمله پره و زاويه برخورد 8- تا 8+ درجه انجام شده‌اند. اندازه‌گيري فشار استاتيك روي سطح پره با استفاده از حسگرهاي فشار لحظه‌اي با فركانس بالا براي شناسايي پديده‌هاي گذار و جدايش لايه مرزي انجام شده است. همچنين با استفاده از حل عددي جريان اطراف پره توربين فشار پايين با استفاده از نرم‌افزارهاي ديناميك سيالات محاسباتي در كنار آزمون‌هاي تجربي، علاوه بر شبيه‌سازي شرايط آزمون ابعاد ديگري از پديده جدايش و گذار مورد بررسي قرار گرفت.
نتايج در بخش آزمون‌هاي تجربي به صورت بررسي اثر سه پارامتر زاويه برخورد، شدت اغتشاشات و عدد رينولدز و در بخش شبيه‌سازي عددي در دو بخش بررسي اثر شدت اغتشاشات و عدد رينولدز ارائه شده است. در تمامي سطوح عدد رينولدز و شدت اغتشاشات توليد شده توسط تونل باد جدايش لايه مرزي مشاهده مي‌شود. سرعت بالاي جريان (حدود m/s25 در ورودي محفظه) عامل گذار لايه مرزي در بالادست سطح مكش پره مي‌باشد اما به دليل سطح پايين اغتشاشات جريان آزاد لايه مرزي آشفته در انتهاي پره از سطح جدا مي‌شود. همچنين افزايش شدت اغتشاشات جريان ورودي در دو سطح ابتدايي عدد رينولدز تاثير مثبتي را در كاهش افت‌هاي پره نداشته و نقش شدت اغتشاشات جريان آزاد در سطوح بالايي عدد رينولدز مشخص مي‌شود. به زبان ساده افزايش انرژي جنبشي توربولاني لايه مرزي بدون افزايش كافي مومنتوم جريان، تاثير مثبتي را در كاهش احتمال جدايش ايفا نمي‌كند. شدت اغتشاشات جريان آزاد ابتدا در راستاي بازگرداندن لايه مرزي به سطح عمل كرده و سپس با رخ دادن گذار در بالادست جريان پيش از جدايش، اجازه جدايش لايه مرزي را نمي‌دهد. به طور كلي ضريب فشار روي سطح فشار پره تغييرات محسوسي را در مقادير متفاوت شدت اغتشاشات و عدد رينولدز نشان نمي‌دهد. افزايش زاويه برخورد، گذار لايه مرزي را به تاخير انداخته و احتمال جدايش لايه مرزي را افزايش مي‌دهد. همچنين كاهش زاويه برخورد عامل چسبيدگي بيشتر لايه مرزي روي سطح بوده و احتمال جدايش كاهش مي‌يابد.
با توجه به نتايج شبيه‌سازي عددي، پارامترهاي عدد رينولدز و شدت اغتشاشات جريان آزاد در راستاي كاهش اندازه حباب در نزديكي لبه حمله عمل كرده و عرض گردابه‌هاي تشكيل شده در پشت پره را نيز كاهش مي‌‌دهند. به علاوه افزايش شدت اغتشاشات در تمامي سطوح عدد رينولدز باعث كاهش ضخامت لايه مرزي است.
شماره ركورد
189918
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا - آئروديناميك
استاد راهنما
دكتر تقوي زنوز