بررسی حل عددی تأثیر سوییپ پره‌ روتور بر عملکرد یک طبقه‌ کمپرسور گذر صوتی از توربین گاز صنعتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تعمیر و نگهداری دانشکده صنعت هواپیمایی کشوری

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران

3 گروه مهندسی هوافضا، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی - واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

کمپرسور یکی از مهم‌ترین اجزای توربین­های گازی می‌باشد که وظیفه­ افزایش فشار در سیکل توربین گازی را بر عهده دارد. با توجه به این­که جریان در کمپرسور تحت تأثیر گرادیان فشار مثبت می‌باشد و طبیعت جریان در کمپرسور بسیار پیچیده است؛ از این‌رو، طراحی آیرودینامیکی دقیق پره­های کمپرسور که وظیفه انتقال کار به جریان را دارد؛ بسیار مهم است. در این مقاله برای اولین بار تأثیر حداکثر تغییرات سوییپ رو به عقب و سوییپ رو به جلوی پره روتور یک کمپرسور ترانسونیک خاص بر روی منحنی­های عملکردی آن، شامل بازده و نسبت فشار مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه­سازی سه بعدی میدان جریان پیچیده کمپرسور محوری، از دانش دینامیک سیالات محاسباتی و نرم‌افزاری سی اف ایکس که قادر به حل معادلات مربوط به جریان می‌باشد استفاده شده است. نتایج محاسبات نرم‌افزاری با نتایج مطالعات قبلی مورد مقایسه قرار گرفته و صحت آن تأیید گردیده است. سپس، تغییرات مورد نظر بر روی روتور طبقه اول اعمال شده و تأثیر تغییرات بر روی پارامترهای عملکردی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که اعمال تغییرات پیش­گفته در این مورد خاص اگر چه باعث کاهش بازده می­شود، لکن در صورتی که هدف صرفاً افزایش نسبت فشار باشد، کارآیی قابل توجهی دارد.

کلیدواژه‌ها


  1. Cumpsty, N. A. “Compressor Aerodynamic's”, Longman Scientific & Technical, New York : J. Wiley, 1989.
  2. Breugelmans, F., Carels, Y., and Demuth, M. “Influence of Dihedral on the Secondary Flow in a Two-dimensional Compressor Cascade”, J. Eng. for Gas Turbine and Power, Vol. 106, No. 3, pp. 578-584, 1984.
  3. Sasaki, T. and Breugelmans, F. “Comparison of Sweep and Dihedral Effects on Compressor Cascade Performance”, J.Turbomach., Vol. 120, No. 3, pp. 454-464, 1998.
  4. Denton, J. “The Effects of Lean and Sweep on Transonic Fan Performance”, A Computational Study, Task Quarterly, Vol. 6, No.1, pp. 7–23, 2002.
  5. Denton, J. D. and  Xu, I. “The Effects of Lean and Sweep on Transonic Fan Performance”, The ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea, and Air, pp. 23-32. American Society of Mech. Eng. Digital Collection, 2002.
  6. Chon, M.J., Ping, Li. and Kwang Yong, K. “Optimization of Blade Sweep in a Transonic Axial Compressor Rotor”, JSME Int. J., Series B, Vol. 48, No. 4, pp. 793-801, 2005.
  7. Akira, O., Meng-Sing, L., and Shigeru, O. “High-Fidelity Swept and Leaned Rotor Blade Design Optimization, Using Evolutionary Algorithm”, 16th AIAA CFD Conference, Orlando, Florida, 2003.
  8. Martin, H., Martin, E. and Jörg, B. “Impact of Transonic Compressor Rotor Leading Edge Shape on The Shock Structure Near The Casing”, The 10th Int. Symp. on Transport Phenomena And Dynamics of Rotating- Machinery Honolulu, Hawaii, March 07-11, 2004.
  9. Bergner, J., Kablitz, S., Hennecke, D.K., Passrucker, H., and Steinhardt, E. “Influence of Sweep on The 3D Shock Structure in an Axial Transonic Compressor”, In ASME Turbo Expo 2005: Power for Land, Sea, and Air, pp. 343-352, 2005.
  10. Vad, J., Kwedikha, A.RA., and Jaberg, H. “Effect of Blade Sweep on The Performance Characteristics of Axial Flow Turbo Machinery Rotors”, Department of Fluid Mechanics, Budapest University, 2006.
  11. S-J Seo, S-M Choi, K-Y Kim. Design “Optimization of a Low-Speed Fan Blade with Sweep and Lean”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: J. Power and Energy, Vol. 222, No. 1, pp. 87-92, 2008.
  12.  Kwedikha, A. RA. “Aerodynamic Effects of Blade Sweep and Skew Applied To Rotors of Axial Flow Turbomachinery”, The Booklet of The Thesis Submitted for the Degree of Dissertation, Budapest University of Technology and Economics, 2009.
  13. Rachel, F. and Bhaskar, R. “Application of Sweep to Low Pressure Turbine Cascade Blade for Tip Flow Containment”, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Indian Institute of Technology-Bombay, Mumbai, 400076, AIAA 2012-3878,2012.
  14. Janos, V. “Forward Blade Sweep Applied to Low-Speed Axial Fan Rotors of Controlled Vortex Design: An overview”, Department of Fluid Mechanics, J. Eng. for Gas Turbines and Power, Vol. 135, No. 1, 2013.
  15. Neshat, M.A., Akhlaghi, M., and Fathi, A. “Investigating the Effect of Blade Sweep and Lean in one Stage of an Industrial Gas Turbine׳s Transonic Compressor”, Propulsion and Power Research, Vol. 4, No. 4, pp. 221-229, 2015.
  16. Paresh Halder, A.S. “Marine Energy Turbine Performance Effect of Blade Sweep”, Wave Energy and Fluids Engineering Laboratory, The 5th Int. Conf. on Advances in Energy Research, ICAER, 2015. 
  17. Chang, H., Zhu, F., Jin, D., and GUI, X. “Effect of Blade Sweep on Inlet Flow in Axial Compressor Cascade”, Chinese J. Aeronautics, Vol. 28, No. 1, pp. 103-111, 2015.
  18. Giesecke, D. Friedrichs, J., Stark, U., and Dierks, M. “Aerodynamic and Acoustic Performance of a Single Stage Axial Fan with Extensive Blade Sweep Designed to Limit Noise Emissions”, In ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Tech. Conf. and Expo., pp. V001T09A004-V001T09A004. American Society of Mechanical Engineers, 2016..
  19. Massimo, M. and Andrea, L. “Preliminary Investigation on the Effect of the Modification of the Sweep Angle At The Blade Tip Of Forward Swept Axial Fan”, Turbo Mach. Tech. Conf. and Expo., American Society of Mech. Engineers Digital Collection, 2017.