طراحی معکوس کسکید پره کمپرسور محوری در جریان غیر لزج مادون صوت با استفاده از روش پوسته الاستیک ارتقاءیافته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشکده هوافضا، دانشگاه امام حسین

چکیده

در مسائل طراحی معکوس، هدف محاسبه هندسه متناظر با توزیع فشار مطلوب در راستای دیواره‌ها می­باشد. یکی از جدیدترین روش­های طراحی معکوس روش پوسته الاستیک است که در آن دیواره ایرفویل به‌صورت یک تیر خمیده انعطاف‌پذیر مدل ­شد و اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره­های ایرفویل بود. نسخه اول روش پوسته الاستیک در طراحی معکوس پره­ کمپرسور محوری با لبه تیز به­علت گرادیان­های شدید فشار در لبه ابتدائی پره دچار نوسان، ناپایداری و واگرائی می‌شود به‌طوری‌که قابل استفاده برای جریان کسکید پره با لبه تیز نیست. هدف از انجام این پژوهش، توسعه روش طراحی معکوس پوسته الاستیک برای کسکید کمپرسور محوری با پره لبه تیز است. مبنای اصلی این ارتقاء توجه به ویژگی منحنی خیز تیر بوده که در همه نقاط پیوسته و مشتق‌پذیر است. به عبارت دیگر برخلاف نسخه اول، در نسخه ارتقاءیافته بدون اعمال هیچ‌گونه فیلتراسیون هندسی جهت برطرف کردن شکستگی­های پروفیل‌های میانی، تماماً از خاصیت فیزیکی تیر تیموشنکو در تغییر شکل‌های بزرگ استفاده می‌شود. جهت افزایش میزان جابه‌جایی تیر در هر مرحله تغییر شکل، از یک رابطه بهینه بین مشخصات تیر شامل مدول الاستیسیته، ضخامت و عرض تیر استفاده می‌شود. در نهایت، اعتبارسنجی نسخه ارتقا یافته در چند مورد برای رژیم مادون صوت غیر لزج انجام شده است. نتایج بیانگر توانائی، انعطاف‌پذیری و نرخ هم‌گرائی بالای روش ارتقا یافته در طراحی پره‌های کمپرسور محوری است.

کلیدواژه‌ها


  1. Jahangirian, A. and Shahrokhi, A. “Inverse Design of Transonic Airfoils Using Genetic Algorithm and a New Parametric Shape Method”, Inverse Probl. Sci. En., Vol. 17, no. 5, pp. 681-699, 2009.##
  2. Dulikravich, G. and Baker, D. “Aerodynamic Shape Inverse Design Using a Fourier Series Method”, 37th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1999.##
  3. Nili Ahmadabadi, M., Durali, M., Hajilouei Benisi, A., and Ghadak, F. “Duct Design In Subsonic And Supersonic Flow Regimes With And Without Normal Shock Waves Using Flexible String Algorithm”, International Journal of Science & Technology, (Transaction B: Mechanical Engineering), Vol. 17, no. 3  pp. 179-193, 2010.##
  4. Madadi, A. “3D-dimensional Ball-spine Algorithm for Determining the Profile of an Axial Flow Compressor with Specified Pressure Distribution”, PHD Thesis, Mechanical Engineering, Amir Kabir University of Technology, 2014 (in persian).##
  5. Nili-Ahmadabadi, M., Hajilouy-Benisi, A., Ghadak, F., and Durali, M. “A Novel 2D Incompressible Viscous Inverse Design Method for Internal Flows Using Flexible String Algorithm”, J. Fluid. Eng., Vol. 132, no. 3, pp. 031401, 2010.##
  6. Nili-Ahmadabadi, M., Durali, M., Hajilouy-Benisi, A., and Ghadak, F. “Inverse Design of 2-D Subsonic Ducts Using Flexible String Algorithm”, Inverse Probl. Sci. En., Vol. 17, no. 8, pp. 1037-1057, 2009.##
  7. Ghadak, F., Nili, M., Dourali, M., and Hajilouy-Benisi, A. “A New Method in Inverse Design, Based on Ball-Spine for Axisymmetric Ducts with Application in Gas Turbines”, Fluid Mechanics And Aerodynamics, Vol. 7, no, 4. pp. 65-75, 2012 (in persian).##
  8. Nili Ahmadabadi, M., Ghadak, F., and Mohammadi, M. “Subsonic and Transonic Airfoil Inverse Design Via Ball-Spine Algorithm”, Computers & Fluids, Vol. 84, pp. 87-96, 2013.##
  9. Madadi, A., Kermani, M. J., and Nili-Ahmadabadi, M. “Aerodynamic Design of S-Shaped Diffusers Using Ball–Spine Inverse Design Method”, J. Eng. Gas Turb. Power, Vol. 136, no. 12, pp. 122606-122606-8, 2014.##
  10. Madadi, A., Kermani, M. J., and Ahmadabadi, M. N. “Applying the Ball-spine Algorithm to the Design of Blunt Leading Edge Airfoils for Axial Flow Compressors”, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 28, no. 11, pp. 4517-4526, 2014.##
  11. Madadi, A., Kermani, M. J., and Nili-Ahmadabadi, M. “Application of the Ball-Spine Algorithm to Design Axial-Flow Compressor Blade”, Scientia Iranica, Vol. 21, no. 6, pp. 1981-1992, 2014.##
  12. P. Mayeli, M. Nili-Ahmadabadi, H., and Besharati-Foumani, “Inverse Shape Design for Heat Conduction Problems Via the Ball Spine Algorithm”, Numer. Heat. Tr. A-Appl, Part B: Fundamentals, Vol. 69, no. 3, pp. 249-269, 2016.##
  13. Hesami, H. and Mayeli, P. “Development of the Ball-spine Algorithm for the Shape Optimization of Ducts Containing Nanofluid”, Numer. Heat. Tr., Part A: Applications, Vol. 70, pp. 1371-1389, 2016.##
  14. Safari, M., Nili-Ahmadabadi, M., Ghaei, A., and Shirani, E. “Inverse Design in Subsonic and Transonic External Flow Regimes Using Elastic Surface Algorithm”, Computers & Fluids, Vol. 102, pp. 41-51, 2014.##
  15. Felippa, C. “Nonlinear Finite Element Methods”, (ASEN 6107) DAES, University of Colorado at Boulder, 2012.##