14567

14567

شبيه سازي عددي جريان در كمپرسور يك طبقه با جداره بهبود دهنده و مقايسه با نتايج تجربي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - آيروديناميك

فروردين 1394

فروردين 1394

دكتر محمّد اخلاقي

مكانيك

چكيده كمپرسور هاي جريان محوري داراي محدوده عملكردي بين دو نقطه متناظر با بيشترين جريان جرمي عبوري از يك سو و كمترين گذر جرمي عبوري ممكن از سوي ديگر مي باشند. نقطه متناظر با بالاترين دبي جرمي (choking) و نقطه متناظر با كمترين دبي جرمي (stalling) ناميده مي شوند. منحني عملكردي كمپرسور ها بويژه كمپرسور هاي فشار پايين و يا فشار متوسط با كاهش گذر جرمي زمينه مساعد افزايش فشار را فراهم مي نمايند. چنانچه كاهش گذر جرمي و افزايش نسبت فشار در محدوده عملكرد مطلوب قرار نگيرد، شرايط عملكردي ناپايدار بر كمپرسور حاكم مي گردد. استفاده از جداره هاي بهبود دهنده در كمپرسورها يكي از روش هاي جلوگيري از ايجاد، رشد و گسترش سلول سكته در سطح حلقوي مي باشد. جداره هاي بهبود دهنده با شكستن سلولهاي سكته بزرگتر باعث ممانعت از وقوع ناپايداري كلي كمپرسور، پديده خفقان (surge) مي شوند، حتي اگر پيش از آن كمپرسور دستخوش ناپايداري محلي يعني مواجهه با پديده سكته (stall) شده باشد. جداره هاي بهبود دهنده مورد استفاده در اين مطالعه شامل جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان و جداره بهبود دهنده حلقه منحصر به فرد مي باشند. در ابتدا با استفاده از محاسبات عددي، منحني هاي عملكردي كمپرسور با ساختار مرسوم بدست آورده شده اند. در ادامه تأثير هركدام از دو نوع جداره بهبود دهنده مطروحه بر نمودار عملكردي كمپرسور مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است. نتايج بدست آمده از حل عددي هر دو جداره بهبود دهنده با نتايج تجربي حاصل از ساختار جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان كه توسط استاد محترم راهنما در اختيار قرار گرفته است، بطور دقيق مقايسه و اعتبار سنجي شده‌اند. نتايج عددي نشان مي دهند كه بيشترين بهبود در مقادير ضريب افزايش فشار كلي به كلي را به ترتيب جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان و جداره بهبود دهنده حلقه‌ي منحصر به فرد در حالت پوشش 63/63 درصد ايجاد نموده‌اند. ميزان اين بهبودها به ترتيب 93/2 درصد و 26/2 درصد مي باشند. كمترين افت در بازده‌ي كلي به كلي كه در واقع كمترين ميزان راندمان قرباني شده است مربوط به جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان و با عدم پوشش محوري 23/23 درصد در ناحيه نوك پره جزء دوار مي باشد. مقدار افت مزبور برابر 18/1 درصد بدست آمده است. بيشترين بهبود در حاشيه‌ امن واماندگي كه مبتني بر ضريب افزايش فشار كلي به كلي و دبي جرمي اصلاح شده محاسبه شده اند، براي حالت جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان با عدم پوشش محوري 43/43 درصد در نوك تيغه جزء دوار حاصل شده است. بيشترين مقدار بهبود حاشيه امن واماندگي مطروحه برابر 99/26 درصد است. ذكر اين نكته ضروري است كه بيشترين بهبود در حاشيه امن واماندگي منتج از آزمايشات تجربي در ساختار عدم پوشش محوري 33/33 درصدي نوك تيغه جزء دوار با يك مقدار بسيار اميدوار كننده 6/28 درصدي گزارش شده است. بيشترين بهبود در حاشيه‌ي امن واماندگي مبتني بر ضريب جريان نيز در كاربرد ساختار جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان و عدم پوشش محوري 43/43 درصدي در بالاي نوك تيغه جزء دوار حاصل شده است. مقدار بهبود مزبور 25/16 درصد به دست آمده است. بيشترين مقدار بهبود در حاشيه‌ي امن واماندگي مبتني بر گذر جرمي اصلاح شده جريان، براي حالت جداره بهبود دهنده حلقه‌ي منحصر به فرد و عدم پوشش محوري 43/43 درصدي نوك تيغه جزء دوار و به ميزان 63/26 درصد مي‌باشد. بيشترين ميزان بهبود در حاشيه امن واماندگي مبتني بر ضريب افزايش فشار كلي به كلي و ضريب جريان، براي ساختار جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان و عدم پوشش محوري 43/43 درصدي بالاي نوك پره جزء دوار و به مقدار 89/16 درصد حاصل شده است. آنچه از نتايج آزمايشات تجربي و مطالعات عددي حاصل شده است، مبين آن مي‌باشد كه در غالب ساختار ها، جداره بهبود دهنده به عقب كشيده شده با پره هاي هادي جريان قابليت اراِئه عملكرد مطلوب تري را نسبت به جداره بهبود دهنده حلقه منحصر به فرد را دارا بوده است.