27970

تحقيق تجربي و عددي اثرات زبري سطح بر آيروديناميك رديف پره توربين محوري

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - آيروديناميك

1395

1401/09/06

رضا تقوي زنوز

مجيد سياوشي

مهندسي مكانيك

آيروديناميك جريان درون يك طبقه توربين نسبتاً پيچيده و هنوز موضوع بسياري از تجقيقات پيش رو در مورد توربين هاي گازي است. در توربين ها به دليل پديده هاي مختلف فيزيكي و شيميايي، سايش، خوردگي و رسوب روي پره ايجاد مي شود. اين عوامل سبب زبر شدن سطح پره و تغيير پروفيل آن مي شوند. در نتيجه آيروديناميك جريان، درون گذرگاه توربين دستخوش تغيير شده و در بيشتر مواقع افت كارايي را به همراه دارد. در تحقيق پيش رو اثرات زبري سطح بر آيروديناميك رديف پره توربين محوري به صورت عددي و تجربي بررسي شده است. پره مورد استفاده در اين پژوهش مطابق با هندسه ي مؤسسه ون-كارمن براي رديف پره هاي توربين است. بررسي ها در چهار عدد رينولدز ورودي (250k، 200k، 150k و 90k) و سه سطح شدت اغتشاشات ورودي (1/4%، 2/5% و 3/7%) انجام شده است. براي انجام آزمايش ها زبري با چسباندن كاغذ سنباده روي سطح پره ايجاد شد. سه كاغذ سنباده مورد استفاده عبارتند از P220، P120 و P80. تحليل عددي با استفاده از 200000 شبكه سازمان يافته و به صورت پايا با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent انجام شد. نتايج نشان دادند، زبري و شدت اغتشاشات تأثيرات مشابهي روي فرايند گذار لايه مرزي و طول حباب جدايي و نيز محل جدايش در سمت مكش پره دارند. افزودن زبري در اعداد رينولدز كم مي تواند فرايند گذار در لايه مرزي را تسريع بخشيده و حباب جدايي را كوچك و يا حذف كند و در نتيجه عرض گردابه انتهاي پره را كم نمايد. در اعداد رينولدز بزرگتر اما افزودن زبري عامل افزايش افت فشار كل در پره خواهد بود اگرچه هم چنان تأثير مثبتي روي گذار و جدايش جريان دارد.

1401/12/15

Experimental and numerical study of the effects of surface roughness on aerodynamics of an axial turbine cascade

11/27/2023 12:00:00 AM

The aerodynamics of a turbine stage is relatively complex and is still the subject of many ongoing researches in the case of gas turbines. Due to various physical and chemical phenomena, wear, corrosion and deposits occur on the blade of turbines. These factors cause the blade surface to become rough and change its profile. As a result, the aerodynamics of the turbine passage is changed and in most cases it causes a drop in efficiency. In the present study, the effects of surface roughness on the aerodynamics of an axial turbine cascade have been investigated numerically and experimentally. The blade used in this study is in accordance with Von Karman's Institute's geometry for turbine cascade. Investigations have been carried out in four inlet Reynolds numbers (250k, 200k, 150k and 90k) and three levels of inlet turbulence intensity (1.4%, 2.5% and 3.7%). To perform the tests, roughness added to the blade surface by sticking the sandpaper on it. The three sandpapers used are P220, P120 and P80. The numerical analysis was performed using 200,000 structured elements and steady simulation by Ansys Fluent software. The results showed that the roughness and turbulence intensity have similar effects on the boundary layer transition process and the length of the separation bubble as well as the separation location at the suction side of blade. Adding roughness at low Reynolds numbers can accelerate the transition process of the boundary layer and reduce the length of the separation bubble or eliminate it, and thus reduce the width of the wake. At higher Reynolds numbers, the addition of roughness will increase the total pressure loss, although it still has a positive effect on transition process and delay the separation

پره توربين , زبري سطح , افت فشار كل , لايه مرزي

Turbine Blade , Surface Roughness , Total Pressure Loss , Boundary Layer

Sheida Akradi

Reza Taghavi Zenuz