14564

14564

شبيه سازي عددي و بهينه سازي هندسه فن موتور توربوفن

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - آيروديناميك

فروردين ماه 1394

فروردين ماه 1394

دكتر رضا تقوي زنوز

مكانيك

چكيده ميدان جريان فن هاي گذرصوت پيشرفته در موتورهاي توربوفن شامل پديده هاي پيچيده جريان از جمله جابجايي لايه مرزي، جدايش جريان، و متعاقب آن برهم كنش موج ضربه اي و لايه مرزي و ناپايايي هاي بزرگ جريان مي باشد. در اين ميان امواج ضربه اي بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته و تلاش هاي بسياري به منظور كاهش شدت اين موج هاي ضربه اي صورت گرفته است. بيش از نيم قرن است كه انحناي پره و فناوري جاروب به طور گسترده به منظور دستيابي به راندمان بالاتر و ناحيه استال بهتر در فن هاي گذرصوت به عنوان ابزار مهمي براي كنترل جريان ثانويه و امواج ضربه اي به كار گرفته مي شوند. هندسه فن هاي مدرن به منظور تامين نرخ جريان جرمي مناسب و همزمان جلوگيري از برهم كنش شديد موج ضربه اي و لايه مرزي، لبه حمله اي به صورت S شكل و با جاروب رو به جلو در ناحيه نوك دارند. هدف از انجام اين مطالعه، بهبود عملكرد آيروديناميكي فن و بهبود مشخصه هاي عملكردي نظير بازدهي و نسبت فشار، كاهش افت ها و تغيير در الگوي امواج ضربه اي بوجود آمده در گذرگاه جريان با تاكيد بر استفاده از تكنيك جاروب است. ابتدا به مروري بر مباحث آيروديناميكي فن و مطالعه پژوهش هاي انجام شده پرداخته شده است. سپس تاثير شكل هندسي لبه حمله پره بر عملكرد فن به كمك تحليل ديناميك سيالات محاسباتي مطالعه و بررسي گرديده است. بدين منظور ابتدا هندسه اصلي فن ايجاد، شبكه بندي و سپس در دو حالت بدون درز نوك و وجود درز نوك شبيه سازي عددي در نرم افزار Ansys CFX و با استفاده از مدل توربولانسي k-ω انجام شده است. پس از اطمينان از مطابقت نتايج مدل سازي عددي هندسه اصلي با مشخصه هاي عملكردي فن موجود، بهبود هندسه پره در لبه حمله با هدف بهبود راندمان و نسبت فشار، پيرامون تغييرات پارامتري در يك هندسه با لبه حمله S شكل انجام شده است. مدل سازي براي حالات مختلف تكرار و هندسه بهينه انتخاب گرديده است. نتايج نشان مي دهد كه تغيير هندسه با اعمال جاروب به پره منجر به تغييرات در سيستم امواج ضربه اي شده و با كاهش عدد ماخ قبل از موج ضربه اي، افت ها كمتر مي شود. كاهش افت ها و افزايش نسبت فشار در نتايج ارائه و بحث شده اند. بر اين اساس نسبت فشار و راندمان فن نسبت به طراحي اصلي به ترتيب 157/1% و 489/1% افزايش داشته است. واژه‌هاي كليدي: فن موتور توربوفن، جريان درز نوك، امواج ضربه اي، جاروب