شماره ركورد
17537
شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
17537
پديد آورنده
بهادر بختياري نيا
عنوان
بررسي عددي و تجربي اثر اغتشاشات جريان آزاد بر پارامترهاي جريان روي كسكيدِ پرههاي توربين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا - آئروديناميك
تاريخ دفاع
فروردين ماه 1396
استاد راهنما
دكتر تقوي زنوز
دانشكده
مكانيك
چكيده
در ساليان اخير به دليل طراحي و ساخت بخش توربين فشار پايين با تعداد پرههاي كمتر و توزيع بار آئروديناميكي بيشتر در موتورهاي توربين گاز، مطالعه اين بخش از موتور به موضوعي جذاب براي محققان مبدل شده است. از اين رو در پژوهش حاضر تأثير پارامتر شدت اغتشاشات جريان آزاد در تقابل با دو پارامتر عدد رينولدز و زاويه برخورد روي سطح مكش پره توربين فشار پايين مورد مطالعه تجربي و عددي قرار گرفته است. آزمونها روي مجموعه كسكيد پرههاي CT2 ساخته شده در آزمايشگاه آئروديناميك و توربوماشينهاي تراكم پذير و در محدوده عدد رينولدز k100 تا k250، شدت اغتشاشات جريان آزاد 6/0% تا 3/2% در لبه حمله پره و زاويه برخورد 8- تا 8+ درجه انجام شدهاند. اندازهگيري فشار استاتيك روي سطح پره با استفاده از حسگرهاي فشار لحظهاي با فركانس بالا براي شناسايي پديدههاي گذار و جدايش لايه مرزي انجام شده است. همچنين با استفاده از حل عددي جريان اطراف پره توربين فشار پايين با استفاده از نرمافزارهاي ديناميك سيالات محاسباتي در كنار آزمونهاي تجربي، علاوه بر شبيهسازي شرايط آزمون ابعاد ديگري از پديده جدايش و گذار مورد بررسي قرار گرفت.
نتايج در بخش آزمونهاي تجربي به صورت بررسي اثر سه پارامتر زاويه برخورد، شدت اغتشاشات و عدد رينولدز و در بخش شبيهسازي عددي در دو بخش بررسي اثر شدت اغتشاشات و عدد رينولدز ارائه شده است. در تمامي سطوح عدد رينولدز و شدت اغتشاشات توليد شده توسط تونل باد جدايش لايه مرزي مشاهده ميشود. سرعت بالاي جريان (حدود m/s25 در ورودي محفظه) عامل گذار لايه مرزي در بالادست سطح مكش پره ميباشد اما به دليل سطح پايين اغتشاشات جريان آزاد لايه مرزي آشفته در انتهاي پره از سطح جدا ميشود. همچنين افزايش شدت اغتشاشات جريان ورودي در دو سطح ابتدايي عدد رينولدز تاثير مثبتي را در كاهش افتهاي پره نداشته و نقش شدت اغتشاشات جريان آزاد در سطوح بالايي عدد رينولدز مشخص ميشود. به زبان ساده افزايش انرژي جنبشي توربولاني لايه مرزي بدون افزايش كافي مومنتوم جريان، تاثير مثبتي را در كاهش احتمال جدايش ايفا نميكند. شدت اغتشاشات جريان آزاد ابتدا در راستاي بازگرداندن لايه مرزي به سطح عمل كرده و سپس با رخ دادن گذار در بالادست جريان پيش از جدايش، اجازه جدايش لايه مرزي را نميدهد. به طور كلي ضريب فشار روي سطح فشار پره تغييرات محسوسي را در مقادير متفاوت شدت اغتشاشات و عدد رينولدز نشان نميدهد. افزايش زاويه برخورد، گذار لايه مرزي را به تاخير انداخته و احتمال جدايش لايه مرزي را افزايش ميدهد. همچنين كاهش زاويه برخورد عامل چسبيدگي بيشتر لايه مرزي روي سطح بوده و احتمال جدايش كاهش مييابد.
با توجه به نتايج شبيهسازي عددي، پارامترهاي عدد رينولدز و شدت اغتشاشات جريان آزاد در راستاي كاهش اندازه حباب در نزديكي لبه حمله عمل كرده و عرض گردابههاي تشكيل شده در پشت پره را نيز كاهش ميدهند. به علاوه افزايش شدت اغتشاشات در تمامي سطوح عدد رينولدز باعث كاهش ضخامت لايه مرزي است.
تاريخ ورود اطلاعات
1396/04/07
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
بهادر بختياري نيا
چكيده به لاتين
In recent years, due to the design and construction of low-pressure turbine stage with lower number of blades and higher aerodynamic load distribution, this part of the gas turbine engine has been highly regarded by researchers. Hence in this thesis the effect of free stream turbulence intensity (FSTI) parameter in contrast to the two parameters Reynolds number and incidence angle on the suction surface low-pressure turbine blade were experimentally and numerically investigated. Experimental tests were made in linear cascade facility of CT2 airfoil at Reynolds number between 100000 and 250000, free turbulence intensity between 0.6% and 2.3% and incidence angle between -8 and +8 degree. The blade surface static pressure measurements using high-frequency pressure sensors to detect boundary layer transition and separation was carried out. It also uses a numerical simulation of flow around a low-pressure turbine blade beside the experimental tests, in order to investigate other dimensions of the phenomenon of separation and transition.
The results of the experimental tests has been provided in the forms of incidence angle, free stream turbulence intensity and Reynolds number effect and the numerical simulation in terms of free stream turbulence intensity and Reynolds number. Separation of boundary layer observed at all level of Reynold’s number and free stream turbulence intensity made by the wind tunnel. The high level of Reynold’s number cause transition of a boundary layer in upstream but because of the low level of FSTI, turbulent boundary layer separate at the end of the blade’s surface. In addition, free stream turbulence intensity doesn’t have positive effect on reducing the blades losses and separation of flow at two lower level of Reynold’s number but this parameter act more efficient at higher level Reynold’s number. In the other word, increasing the turbulent kinetic energy of boundary layer without increasing the enough momentum, doesn’t change the flow condition. Free turbulence intensity first reattach the separated boundary layer and then by the transition upstream of the flow, made enough energy for flow to remain attach.Generally, Pressure coefficient doesn’t change that much at all level of free stream turbulence intensity and Reynold’s number. Furthermore, increasing the incidence angle delay the transition of boundary layer. On the other side, decreasing the incidence angle reduce the risk of separation.
According to the results of numerical simulation, increasing the free turbulence intensity and Reynold’s number act in the way of reducing the separation bubble near the leading edge and fluctuation of wakes behind the blade. In addition, increasing the turbulence intensity at all levels of Reynold’s number reduce the thickness of the boundary layer.