تحليل پارامترهاي مؤثر و بهينه‌سازي روتور توربين انبساطي پيچشي

دكتري

اين پژوهش ضمن دستيابي به روش طراحي توربين انبساطي پيچ دوقلو، يك روش جديد را براي بهينه‌سازي اين نوع از توربين‌هاي انبساطي معرفي مي‌نمايد كه درنتيجه آن ودر حداقل زمان و هزينه محاسباتي ممكن يك طراحي بهينه در تمام فضاي مورد مطالعه براي توربين حاصل مي‌شود. مدل‌سازي‌هايي كه در سال‌هاي اخيروتاكنون در خصوص اين نوع از توربين‌هاي انبساطي انجام‌شده است همگي به‌صورت تحليل يك‌بعدي ترموديناميكي، استفاده از منحني‌هاي تجربي و يا بر اساس تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي بوده است كه با توجه به محدوديت‌هاي ناشي از به‌كارگيري اين ابزار، تاكنون تحليل در تمام فضاي طراحي امكان‌پذير نشده است لذا بهره‌گيري از يك روش مكمل ديگر براي تحليل جامع اين ماشين‌ها در تمام فضاي موردمطالعه و در حداقل زمان ممكن ضروري است. در اين تحقيق براي اولين بار اقدام به بهينه‌سازي پروفيل توربين‌هاي انبساطي پيچ دوقلو از طريق مدل‌سازي بر اساس جايگزيني شده است. براي اين منظور پس از تعيين پارامترهاي مؤثر و بازه تغييرات آن‌ها، به كمك تكنيك طراحي آزمايش‌ها ماتريس نمونه‌ها ازتركيب پارامترهاي موردمطالعه به‌عنوان متغيرهاي ورودي تشكيل و بازده اگزرژي براي هركدام از آن‌ها از طريق مدل‌سازي سه‌بعدي وديناميك سيالات محاسباتي، محاسبه و با استفاده از نتايج به‌دست‌آمده، مدل جايگزين تعريف مي‌گردد. سپس به كمك روش بهينه‌سازي ژنتيك و باهدف حداكثر بازدهي اگزرژتيك بهترين تركيب براي پارامترهاي هندسي موردمطالعه از فضاي طراحي استخراج مي‌گردد. نتايج نشان مي‌دهد استفاده از اين روش منجر به طراحي پروفيل بهينه‌اي با بيش از7 درصد راندمان اگزرژي بالاتر خواهد شد.در اين مطالعه همچنين براي نخستين بار كاربرد توربين انبساطي پيچي در يك ايستگاه نمونه تقليل فشار گاز از طريق شبيه‌سازي سه‌بعدي و بر اساس داده‌هاي فرآيندي همان ايستگاه مورد تجزيه‌وتحليل قرار گرفت و مشخص گرديد علاوه بر امكان به‌كارگيري اين نوع از توربين‌ انبساطي در كليه فصول سال ، بازده اگزرژي ساليانه آن نيز بيش از 85 درصد است لذا اين كاربرد از جذابيت فني بالاتري نسبت به ساير توبين هاي انبساطي در ايستگاه‌هاي تقليل فشار برخوردار است.

195695

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهدي مقيمي

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

محمود ابراهيمي