26282

تحليل عددي و بهينه سازي فلاتر پره هاي توربين شعاعي توربوشارژر

كارشناسي ارشد

مهندس خودرو-قواي محركه

1398

1400/12/07

دكتر محمد حسن شجاعي فرد

مهندسي خودرو

در موتورهاي امروزي جهت كاهش مصرف سوخت و آلودگي از روش هاي كوچك سازي موتور استفاده مي شود. توربوشارژينگ يكي از روش هاي كوچك سازي مي باشد. روش هاي افزايش راندمان توربوشارژر در طراحي هاي اخير منجر به كاهش وزن و نتيجتا نازك شدن پره ها و افزايش بار پره ها شده است كه هر دو عاملي براي افزايش احتمال شكست پره ها، تحت خستگي بارهاي آيروديناميكي مي شود. در اين مطالعه ناپايداري ديناميكي آيروالاستيك به نام فلاتر كه يك تحريك خود به خودي ناشي از برهم كنش سازه و سيال مي باشد، مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراين مسئله ي اصلي مطرح شده در اين مطالعه ، تحليل پديده ي فلاتر در پره هاي راديال(شعاعي) توربين هاي توربوشارژر به صورت عددي و اعتبارسنجي نتايج با نتايج موجود مي باشد. تحليل فلاتر در دامنه فركانسي انجام شده و اثر پايداركنندگي سيال بر ارتعاش پره ها بررسي شده است. معادلات مربوط به پايداري از ديدگاه رياضي ارائه مي شود و مفاهيم پايداري استخراج شده است. سپس با استفاده از نرم افزار ANSYS مدل سازي انجام گرفته و محاسبات ارتعاشي در حالت هاي پايا و ناپايا انجام شده و پاسخ سيال به ارتعاشات پره در سه حالت خمش محوري، خمش محيطي و پيچشي بررسي گرديده است كه با توجه به تحليل مودها، مود بحراني مود پنجم در نظر گرفته شده كه داراي فركانس بحراني 186/87 هرتز بوده و در سرعت بحراني 12009 دور بر دقيقه مي باشد. همچنين براي تحليل فلاتر دو آزمون وجود دارد كه يكي بر اساس تغييرات متعدد در عوامل تاثيرگذار بر ناپايداري مانند سرعت جريان يا زاويه حمله است و ديگري پره ها تحت شكل مود و فركانس مشخص به ارتعاش در آمده و پاسخ جريان اندازه گيري مي شود كه عملا به صورت روش ضرائب تاثير و مود موج متحرك در نظر گرفته مي شود. در اين مطالعه از هر دو روش جهت آزمون فلاتر استفاده شده است. در انتها به بهينه سازي پرداخته شده و ممان اينرسي و مركز جرم پره به عنوان پارامتر بهينه سازي انتخاب گرديده و نقاط بهينه پديده فلاتر تشخيص داده شده اند كه نشان داده شده با تغيير اين نقاط مي توان سرعت بحراني فلاتر را تا اندازه ي 12001 دور بر دقيقه كاهش داد.

1401/01/15

Numerical analysis and optimization of turbocharger radial turbine blade flutter

2/26/2023 12:00:00 AM

In today's engines, downsizing methods are used to reduce fuel consumption and pollution. Turbocharging is one of the downsizing methods. Methods to increase turbocharger efficiency in recent designs have led to weight loss and consequently thinning of the blades and increased blade load, both of which increase the probability of blade failure due to aerodynamic load fatigue. In this study, an aeroelastic dynamic instability called a flutter, which is a spontaneous excitation due to the interaction of a structure and a fluid, is studied. Therefore, the main issue raised in this study is the analysis of the flutter phenomenon in the radial blades of turbocharger turbines numerically and the validation of the results with the available results. Flutter analysis was performed in the frequency range and the effect of fluid stabilization on blade vibration was investigated. Equations related to stability are presented from a mathematical point of view and the concepts of stability are extracted. Then, modeling was performed using ANSYS software and vibration calculations were performed in steady and unstable states and the fluid response to blade vibrations in three modes of axial bending, peripheral bending, and torsion were investigated. According to the analysis of modes, the critical mode is The fifth mode is considered to have a critical frequency of 186.87 Hz and a critical speed of 12009 R.P.M. There are also two tests for flutter analysis, one based on multiple changes in factors affecting instability such as flow velocity or angle of attack and the other blades vibrate in the form of a specific mode and frequency and the current response is measured. The form of the method of impact coefficients and the mode of the moving wave are considered. In this study, both methods have been used to test flutter. At the end, the optimization is done and the moment of inertia and the center of mass of the blade is selected as the optimization parameter and the optimal points of the fluttering phenomenon are identified, which shows that by changing these points, the critical speed of the flutter can be increased up to 12001 R.P.M reduced.

كوچك سازي , فلاتر , توربوشارژر , آناليز مودال , آناليز سرعت , توربين جريان شعاعي , بهينه سازي

downsizing , flutter , turbocharger , modal analysis , velocity analysis , radial flow turbine , optimization

Mojtaba Zare

Mohammad Hassan Shojaeefard