9688

9688

تحليل عددي و تجربي جريان ورتكس نشتي نوك پره هاي كمپرسور محوري

دريافت درجه دكتري

در رشته مهندسي مكانيك

بهمن ماه 1390

بهمن ماه 1390

دكتر رضا تقوي زنوز

چكيده وجود درز نوك رتور در كمپرسورهاي محوري سبب تشكيل ورتكس‌ نشتي نوك مي ‌شود. اثرات متقابل شديد بين ورتكس نشتي نوك و جريان گذرگاه سبب افت كارايي كمپرسور مي شوند. نكته ديگر اين كه تاثير پريوديك ورتكس نشتي نوك جاري شده از يك پره بر پره مجاور، عامل به وجود آوردن ناپايداري هاي چرخشي بوده كه خود از منابع توليد لرزش و صدا مي باشند. از اين رو شناخت رفتار پريوديك ورتكس نشتي نوك داراي اهميت به سزايي است. ايجاد شيار روي پوسته كمپرسور از جمله روش هايي است كه براي اصلاح پايداري و كارآيي كمپرسور به كار مي رود. تحقيقات در اين زمينه عمدتا به تاثير شيار پوسته روي بازده و افزايش فشار محدود شده و تاثير آن روي ديناميك جريان كمتر مورد توجه قرار گرفته است. براي درك مكانيزم جريان نشتي نوك لازم است تا ديناميك توربولانس در منطقه دنباله پره رتور و منطقه درز مابين نوك پره رتور و پوسته كمپرسور دقيقا بررسي شود. در اين منطقه طبيعت جريان به شدت ناپايدار بوده و از اين رو براي تحليل دقيق و درك ساختاري چنين جرياني روش‌هاي مبتني بر حل معادلات ناوير- استوكس متوسط‌گيري شده رينولدز مناسب نبوده و روش شبيه سازي گردابه‌هاي بزرگ براي تحليل عددي جريان درز نوك مورد استفاده قرار مي گيرد. هدف اين رساله تحليل جريان تراكم ناپذير درز نوك رتور كمپرسور محوري است. به اين منظور از دو روش حل عددي و آزمايشگاهي براي بررسي موضوع استفاده شده است. شبيه‌سازي هاي عددي انجام شده ‌در اين رساله ‌با استفاده ‌از نرم افزار فلوئنت انجام شده اند. به اين منظور يك كمپرسور محوري تك مرحله اي با رتور ايزوله شده در نظر گرفته شده و تاثير شكل درز نوك پره رتور بر روي مشخصه هاي ناپاياي ورتكس نشتي نوك، به روش حل عددي مورد توجه قرار گرفته است. در حالت بدون شيار پوسته، نتايج عددي نشان مي دهند كه ورتكس نشتي نوك ناپايا داراي رفتاري پريوديك بوده و افزايش اندازه درز نوك رتور موجب افزايش دامنه نوسانات ناپايا و همچنين كاهش فركانس ورتكس نشتي نوك در شرايط نزديك استال مي شود. فركانس بي بعد ورتكس نشتي نوك بدون تاثير شيار پوسته محاسبه شده كه انطباق خوبي با نتايج آزمايشگاهي موجود دارد. تحت تاثير شيار پوسته، ناپايايي هاي جريان نشتي نوك ضعيف شده، فركانس آن افزايش يافته و با فركانس عبوري پره‌ها برابر مي شود. همچنين تحت تاثير شيار پوسته، ورتكس نشتي نوك منطقه كوچكتري را در راستاي شعاعي و نزديك نوك رتور اشغال مي كند. اين امر سبب كاهش اثر جريان نشتي نوك بر افت فشار كل در گذرگاه مي‌شود. براي اطمينان بيشتر از صحت نتايج مربوط به رتور ايزوله شده، كسكيد پره هاي يك كمپرسور محوري همراه با ديواره صاف و شياردار مورد تحليل عددي و آزمايشگاهي قرار گرفته است. آزمايش ها در يك تونل باد مادون صوت دمشي انجام شده و فشار روي سطوح مكش و فشار پره‌ها اندازه گيري شده اند. اندازه گيري‌ها در زواياي برخورد مختلف و در مقاطع مختلف پره انجام پذيرفته است. براي كسكيد مربوطه، تحليل عددي جريان با استفاده از روش شبيه سازي گردابه‌هاي بزرگ انجام شده و نتايج حاصله با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شدند. اين مقايسه نشان مي دهد كه نتايج حل عددي در هر دو حالت ديواره صاف و شياردار، پيش بيني خوبي از توزيع فشار حول پره در مقاطع مختلف و نيز فركانس ورتكس نشتي نوك ارايه مي دهند. كلمات كليدي: كمپرسور محوري، ورتكس نشتي نوك پريوديك، شيار داخلي پوسته، كسكيد كمپرسور محوري، مطالعه تجربي، روش شبيه سازي گردابه هاي بزرگ