مدل‌سازی یک موتور توربوپراپ نمونه در حالت طرح و خارج طرح جهت بررسی اثر عیوب محفظه احتراق بر روی عملکرد آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی پژوهشگاه صنعت نفت

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران

3 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد ورامین پیشوا

چکیده

در این مقاله مدل‌سازی و تحلیل ترمودینامیکی اجزای مختلف یک موتور توربوپراپ و نحوه ارتباط آن­ها در حالت طرح و خارج ­طرح در شرایط پایا بررسی می‌شود. برای تحلیل سیکل در حالت طرح و خارج طرح، الگوریتمی ارائه و یک کد کامپیوتری توسعه داده شده است. سپس نمودارهای عملکردی در شرایط خارج طرح به ازای دماهای ورودی متفاوت توربین، ارتفاع­ها و ماخ­های پروازی مختلف ترسیم و نتایج آن­ها تفسیر شده‌اند. نتایج به‌دست آمده با نتایج حاصل از نرم‌افزار گسترب مقایسه و صحه‌گذاری شده‌اند. همچنین عیوب محفظه احتراق و تأثیر آن­ها بر روی عملکرد موتور بررسی شده است. از نتایج این مقاله می­توان به‌عنوان اولین قدم برای مطالعه عملکرد و ارتقای این نوع موتورها استفاده کرد. نتایج این پژوهش نشان می­دهد که به ازای 10 درصد افزایش افت فشار محفظه احتراق، مصرف سوخت ویژه 14 درصد افزایش خواهد یافت. همچنین 10 درصد کاهش بازده احتراق، باعث افزایش 13 درصدی مصرف سوخت ویژه و کاهش 17.5 درصدی توان موتور خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Turboprop Engine Modeling in the Design and Off-Design Conditions to Investigate the Effect of Combustion Chamber Defects on its Performance

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mazidi Sharfabadi 1
  • Ali Seraj 2
  • Mohammad Ebrahim Kahd Narouei 3
1 Faculty Member/RIPI
2 Faculty of Mechanical Engineering, University of Tehran
3 Mechanical Engineering Department, Islamic Azad University Varamin Pishva Branch
چکیده [English]

In this paper, the thermodynamic modeling and analysis of various components of a turboprop engine and their relation in the steady-state design and off-design performances are addressed. An algorithm is presented and a computer code is developed for the analysis of the cycle in design and off-design conditions. Then off-design performance curves are plotted for different turbine inlet temperatures, flight elevations and Mach numbers and their results are interpreted. The results are compared and validated with the results of GasTurb software. In addition, the effects of the combustion chamber defects on the performance of the engine are investigated. The results of this paper can be used as the first step in the study of the performance and upgrading of these engines. The results of this study show that the specific fuel consumption will rise by 14% for a 10% increase in the combustion chamber pressure drop. Furthermore, the specific fuel consumption increases by 13% and the engine power reduces by 17.5% for a 10% reduction in the combustion efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • Gas Turbine Performance
  • Turboprop Engine
  • Combustion Chamber Defects

مراجع

  1. Saravanamuttoo, H.I. and Fawke, A.J. “Simulation of Gas Turbine Dynamic Performance”, American Society of Mechanical Engineers, New York, USA, 1970.##
  2. Seldner, K., Mihaloew, J.R., and Blaha, R.J. “Generalized Simulation Technique for Turbojet Engine System Analysis”, National Aeronautics and Space Administration, Washington, USA, 1972.##
  3. Walsh, P.P. and Fletcher, P. “Gas Turbine Performance”, John Wiley & Sons, India, 2004.##
  4. Mattingly, J.D. “Elements of Gas Turbine Propulsion”, McGraw-Hill, India, 2005.##
  5. Oates, G.C. “Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion”. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, USA, 1997.##
  6. http://gasturb.de/ ##
  7. Hanachi, H. “Gas Turbine Engine Performance Estimation and Prediction”, PhD Dissertation, Carleton University, 2016.##
  8. Lebele-Alawa, B.T. and Jo-Appah, V. “Thermodynamic Performance Analysis of a Gas Turbine in an Equatorial Rain Forest Environment”, J. Power Energy Eng., Vol. 3, No. 1, pp.11-23, 2015.##
  9. Godoy, E., Benz, S.J., and Scenna, N.J. “A Strategy for the Economic Optimization of Combined Cycle Gas Turbine Power Plants by Taking Advantage of Useful Thermodynamic Relationships”, Therm. Eng., Vol. 31, No. 5, pp.852-871, 2011.##
  10. Pourfatemi, S.M. and Ahmadi, R. “Thermo-Economic Analysis with Reliability Consideration of a Hybrid System of Gas Turbine, SOFC and Multiple Effect Desalination”, Modares Mech. Eng., Vol. 17, No. 10, pp. 321-332, 2017. (In Persian)##
  11. Ghaffari, A., Akhgari, R., and Abbasi, E., “Modeling and Simulation of MGT70 Gas Turbine Start-up Procedure”, Amirkabir J. Mech. Eng., Vol. 49, No. 2, pp.129-132, 2017. (In Persian)##
  12. Montazeri, , and Safaraabadi-f, M. “Modeling and Simulation of Gas Turbine Aero-Engine Performance for Fuel Control System Design”, Int. J. Ind. Eng. Prod. Mange., Vol. 19, No. 10-2, pp.99-107, 2009. (In Persian)##
  13. Soon L.A., “Two-Combustor Engine for Military Applications”, PhD Dissertation, Cranfield University, 2009.##
  14. Van Den Hout F., “Gas Turbine Performance Simulation Improvements to the TURBOMATCH Scheme”, M.Sc. Thesis, Cranfield university, 1991.##
  15. Sirinoglou, A.A. “Implementation of Variable Geometry for Gas Turbine Performance Simulation TURBOMATCH Improvement”, M.Sc. Thesis, Cranfield university, 1992.##
  16. Balli, O. and Hepbasli, A. “Energetic and Exergetic Analyses of T56 Turboprop Engine”, Energy Convers. Manage., Vol. 73, pp. 106-120, 2013.
  17. Crosa, G., Pittaluga, F., Trucco, A. Beltrami, F., Torelli, A., and Traverso, F., “Heavy-duty Gas Turbine Plant Aerothermodynamics Simulation Using Simulink”, Eng. Gas Turbines Power, Vol. 120, No. 3, pp. 550-556, 1998.##
  18. Farokhi, S. “Aircraft Propulsion”, John Wiley & Sons, New Delhi, India, 2014.##
  19. Kerrebrock, J.L. “Aircraft Engines and Gas Turbines”, MIT Press, Cambridge, UK, 1992.##
  20. Sonntag, R.E., Borgnakke, C., and Van Wylen, G.J. “Fundamentals of Thermodynamics”, John Wiley & Sons, USA, 2003.##
  21. Zhu, P. and Saravanamutto, H.I. “Simulation of an Advanced Twin-spool Industrial Gas Turbine”, J. Eng. Gas Turbines Power, Vol. 114, No. 2, pp.180-185, 1992.##
  22. McIntire, W.L. “A New Generation T56 Turboprop Engine”, Proc. Int. Gas Turbine Conf. Exhibit., Amsterdam, Netherlands, 1984.##
  23. Mazidi Sharafabadi, M., Vaezi, S.M., and Norouzi, E. “Performance and Emission Analysis of Combustion Chamber of a Turboprop Engine at Different Operation Regimes” Sci. J. Fluid Mech. Aerodyn. Vol. 4, No. 1, pp.65-75, 2015. (In Persian)##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 خرداد 1399
  • تاریخ بازنگری: 17 تیر 1400
  • تاریخ پذیرش: 14 مهر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار