تحقيق عددي و تجربي اثر تزريق جت هوا در ناحيه درز نوك بر روي عملكرد رديف پره كمپرسور محوري

دكتري تخصصي

مطالعه اثر تزريق جت هوا به عنوان ابزاري كارآمد به منظور كنترل و كاهش اثرات نامطلوب جريان نشتي نوك رديف پره رتور كمپرسور محوري، موضوع كاري اين پژوهش است. يكي از اصلي‌ترين چالش‌ها در فرايند طراحي كمپرسورهاي محوري، دستيابي به شرايط عملكردي بهينه با حفظ شرايط پايداري كمپرسور است. از آن‌جايي كه بازدهي بيشينه، نزديك به شرايط آغاز ناپايداري‌ها و وقوع پديده‌هايي نظير سرج و استال است، توسعه روش‌هايي براي افزايش محدوده عملكرد پايدار حائز اهميت مي‌باشد. روش تزريق جت هوا در نوك پره به عنوان روشي موثر در افزايش بازه پايداري و حتي بازيابي مجدد كمپرسور از شرايط ناپايداري به حساب مي‌آيد. در اين راستا، فعاليت‌هاي اين پژوهش پيرامون دو محور اصلي، شامل مطالعه پديده استال دوراني و نيز كنترل آن به كمك تزريق جت هوا سازماندهي شده است. اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي به همراه شبيه‌سازي‌هاي عددي با هدف دستيابي به يك تحليل جامع از فرآيند شكل‌گيري استال و چگونگي حذف آن با به‌كارگيري تزريق هوا به‌كار گرفته شده‌اند. درگام اول، مراحل تشكيل استال اسپايك و چگونگي انتشار آن در كمپرسور به دقت مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل از اندازه‌گيري‌ها با به‌كارگيري تحليل‌هاي فركانسي، به ارائه‌ تصويري از ميدان جريان و نوسانات آن در فرايند آغاز استال و توسعه استال دوراني پيرامون محيط كمپرسور و در طول پره‌هاي آن مي‌پردازد. نتايج نشان مي‌دهند كه ساختار استال اسپايك متشكل از جدايش جريان از لبه حمله پره و سپس تشكيل يك گردابه مي‌باشد. استال اسپايك تنها در ناحيه نوك پره متمركز نبوده و در راستاي ارتفاع آن گسترش مي‌يابد. در ناحيه نوك پره نيز گردابه نشتي درز نوك در نقاط عملكردي نزديك به استال تقويت شده و منجر به شكل‌گيري سرريز از لبه حمله و جريان برگشتي از لبه فرار مي‌شود. درگام دوم، آزمايش‌ها و تحليل‌هاي عددي در شرايط مختلف براي حالات بدون تزريق و با تزريق هوا در ناحيه نوك رديف پره انجام شده‌اند. افزايش بازه عملكرد پايدار كمپرسور از مهمترين دستاوردهاي استفاده از روش كنترل ناپايداري‌ها به كمك روش تزريق هوا مي‌باشد. بر اين اساس در كمپرسور مورد مطالعه با تزريق هوا به ميزان %8/0 از دبي جرمي كل، 9% افزايش در حاشيه استال كسب گرديد. تزريق هوا منجر به بهبود قابليت افزايش فشار كمپرسور شده و با كاهش باردهي در ناحيه نوك پره عملكرد پايدار رتور را تضمين مي‌كند. مطابق آن‌چه پيرامون شكل‌گيري استال مطرح گرديد، فرايند بازيابي از استال به كمك تزريق هوا با جزئيات مورد تحليل قرار گرفته و نتايج در قالب نوسانات زماني، طيف‌هاي فركانسي و كانتورهاي سرعت و فشار ارائه گرديده است. همچنين تحليل‌هاي فركانسي نيز با روش‌هاي FFT، STFT و Wavelet انجام شده‌اند. بر اين اساس طي فرايند بازيابي از استال، ابتدا گردابه اسپايك تضعيف و سپس حذف گرديده و در ادامه جدايش جريان از لبه حمله پره نيز از بين مي‌رود. در كمپرسور مورد مطالعه اين فرايند در زماني معادل با كمتر از 20 دوران رتور، از زمان آغاز تزريق هوا انجام پذيرفت. همچنين در ناحيه درز نوك پره نيز با افزايش ممنتم جريان، گردابه درز نوك به شدت تضعيف شده و دو شاخصه وقوع استال (سرريز و جريان برگشتي از لبه فرار) از گذرگاه جريان حذف مي شوند. به اين ترتيب تزريق هوا منجر به عملكرد پايدار كمپرسور و توليد نسبت فشار بيشتر در ضرايب جريان محدوده استال مي‌شود.

192190

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر رضا تقوي زنوز