22221

توسعه كدهاي يك بعدي با استفاده از روابط تجربي جهت تحليل سريع فرآيند خنك كاري پره‌هاي توربين گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - جلو برندگي (پيشرانش)

1399/3/11

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

در اين نوشتار به معرفي و بررسي كُد سريع تحليل حرارتي پره توربين گازي كه در قالب اين پايان‌نامه نوشته و توسعه داده شد، پرداخته مي شود. كُد مذكور، به زبان فورترن و در سه بخش طراحي گرديد؛ بخش اول تحليل و تبديل طرح سه‌بعدي پره¬ي توربين به فايل قابل تحليل در بخش Solver، بخش دوم شامل فايل‌هاي Excel به‌منظور تعيين شرايط مرزي پره و بخش سوم، تحليلگر Solver است. هدف اين كُد، تحليل حرارتي سريع پره¬ي توربين گاز مي باشد؛ بدين منظور پره توربين به المان‌هاي سه‌بعدي تقسيم شده و معادلات حرارتي حاكم بر هر اِلمان مستقلاً حل مي گردد. بر اين اساس كُد مذكور با اجتناب از حل CFD مسئله و با تكيه بر روابط تجربي، ضرايب انتقال حرارت را تعيين كرده و بر اساس اين ضرايب، معادلات انتقال حرارت در المان‌هاي مذكور را حل مي كند. لازم به ذكر است در اين زمينه كدهاي متنوعي توسط كمپاني‌هاي طراحي و محققان مختلف، توسعه داده شده؛ لكن سه شاخصه‌ي اصلي اين كد باعث تمايز آن با ساير نرم افزارها گرديده. شاخصه اول توانايي خواندن و پردازش هندسه‌ي سه‌بعدي است كه باعث افزايش دامنه‌ي كاربرد اين كد شده است. شاخصه‌ي دوم مربوط به الگوريتم و روش حل يك بعدي انتقال حرارت مي‌باشد كه به كد اين اجازه را مي‌دهد كه بر خلاف اكثر نرم‌افزارها ديگر توانايي رصد پديده‌هاي سه بعدي انتقال حرارت در پره را داشته باشد. نهايتا شاخصه‌ي سوم اين كد به قابليت انعطاف و توانايي بهره گيري از روابط و توابع منتخب كاربر، بر مي‌گردد. اين سه شاخصه به همراه هدف اصلي اين كد كه تحليل بسيار سريع انتقال حرارت مزدوج با حداقل خطاي ممكن است، درقالب اين نوشتار ارائه گرديده؛ كه هم شامل بخش‌هاي تئوري و هم شامل راهنماي استفاده از نرم‌افزار مي‌باشد. امّا به عنوان يك ويژگي ذاتي و مشترك در تمامي الگوريتم‌هاي يك‌بعدي تحليل سريع، لازم است كه به وجود خطاها در اين كد نيز اشاره كرد. بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه خطاهاي مربوط به اين كد، دو منشا اصلي دارند. منشا اول به انتخاب روابط تجربي نامناسب بستگي دارد و منشا دوم خطاها به واسطه‌ي انحراف الگوهاي هندسي از معيارهاي الگوريتم يك بعدي به وجود مي‌آيد. در مجموع، به استناد بررسي‌ها و راستي آزمايي‌هاي انجام شده در فصل چهارم، محدوده خطاي كلي بين 5/0 تا 6 درصد خطا قابل پيشبيني است. با علم به اين كه با انتخاب روابط تجربي دقيق‌تر مي‌توان حتي اين خطا را نيز كاهش داد، چنين بازه خطايي براي يك كد تحليل سريع، قابل قبول و بسيار مناسب است.

1399/06/30

Development of one-dimensional codes using experimental correlations for rapid analysis of the cooling process of gas turbine blades

6/1/2021 12:00:00 AM

This paper introduces the rapid code of gas turbine blades thermal analysis developed and written in the framework of this thesis. The software was designed in Fortran language in three parts, the first part is for analyzing and converting the 3D CAD turbine blade model into a solver file, the second part including Excel files to determine blade boundary conditions and the third part, Is Solver's analyst. The purpose of this software is rapid thermal analysis of gas turbine blades; for this purpose the turbine blades are divided into three-dimensional elements and the thermal equations governing each element are solved independently. Such an analysis requires the simultaneous solving of the navier stokes equations and energy in the intra-blade refrigerant, extracellular hot gas flow and heat transfer along the blade thickness. Since the purpose of this software is to quickly analyze heat transfer phenomena in turbine blades, this software, by avoiding CFD problem solving and relying on empirical correlations, determines heat transfer coefficients and based on these coefficients, Solves heat transfer equations in the above elements. Accordingly, and with regard to the stated purpose of the software, which is to obtain a fast response with an acceptable approximation of the exact answer to the problem, the software outputs are in good agreement with the empirical answers and accurate analyzes. It should be noted that the accuracy and precision of software responses depend on the correct choice of these experimental correlations.