23465

طراحي كمپرسور محوري گذر صوت با استفاده از روش انحناي خطوط جريان و ملاحظه اثرات لايه مرزي ديواره

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399/11/21

دكتر رضا تقوي زنوز

مهندسي مكانيك

كمپرسورهاي محوري به‌عنوان يكي از اجزاء اصلي توربينهاي گازي در صنايع هوايي، دريايي و زميني كاربرد فراوان داشته و نقش عمدهاي را در رفع نياز بشريت ايجاد ميكنند. بنابراين طراحي آنها بايد به شكلي باشد كه راندمان و كارايي بالا و ناحيهي عملكرد وسيعي داشته باشند و از منظر آيروديناميكي به گونهاي نسبتاً پايدار عمل كنند. روش انحناي خطوط جريان مي‌تواند بهعنوان وسيله‌اي براي طراحي و تحليل جريان كمپرسور بهكار رود. در اين تحقيق پس از بيان روشهاي طراحي و تحليل جريان كمپرسور، تاريخچه روش انحناي خطوط جريان براي طراحي و تحليل جريان كمپرسور محوري و دلايل استفاده از اين روش توضيح داده شده است. در ادامه روش انحناي خطوط جريان به منظور حل جريان غير لزج و تحليل لايه مرزي ديواره انتهايي كمپرسور به منظور ملاحظه اثرات لزجت شرح و الگوريتم روش ذكرشده، بيان شده است. در نهايت طراحي و پيشبيني منحنيهاي عملكرد براي دو مورد خاص (فن محوري دو طبقه و كمپرسور محوري پنج طبقه ناسا) توسط نرم افزار توسعه يافته و همچنين حل سه بعدي ميدان جريان لزج هندسه توليد شده (فن محوري)، صورت گرفته و نتايج حاصل با دادههاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. اين مقايسه نشان دهنده قابليت بالاي نرم افزار طراحي توسعه يافته، است. بهطوري كه اختلاف محاسبه نسبت فشار كل و بازدهي براي فن محوري دو طبقه نسبت به نتايج آزمايشگاهي به ترتيب %0/12 و %1/3 و براي كمپرسور محوري پنج طبقه به ترتيب %2/25 و %3/7ميباشد. همچنين مقدار اختلاف نسبت فشار كل و بازدهي براي شبيه سازي سه بعدي هندسه توليد شده فن محوري دو طبقه به ترتيب %1/4 و %2/8 ميباشد.

1400/02/21

Transonic Axial Compressor Design by Streamlinecurvature Method with Considering the Effects of Wall Boundary Layer

2/10/2022 12:00:00 AM

Axial compressors, as one of the main components of gas turbines, are widely used in the aerospace, marine and land industries and play a major role in meeting the humanity needs. Therefore, they should be designed in such a way that they have high efficiency and performance and a wide range of performance, and act relatively stably from an aerodynamic point of view. The streamline curvature method can be used as a tool to design and analyze the compressor. In this research, after stating the methods of design and analysis of compressor flow, the history of the streamline curvature method for design and analysis of axial compressor flow and the reasons for using this method are explained. In the following, the streamline curvature method in order to solve the non-viscous flow and the compressor endwall boundary layer analysis in order to solve the viscous flow are described and the algorithm of the mentioned method is explained. Finally, the design and performance prediction for two specific cases (NASA two-stage axial fan and NASA five-stage axial compressor) by the developed software, as well as three-dimensional simulation of the generated geometry, has been done, and the results were compared with experimental data.This comparison shows the high capability of the design software, so that the error in calculating the total pressure ratio and adiabatic efficiency for the two-stage axial fan to the experimental results of 0.12% and 1.3%, respectively, and for the five-stage axial compressor, respectively. It is 2.25% and 3.7%. Also, the error of calculating the total pressure ratio and adiabatic efficiency for three-dimensional simulation of the generated geometry by the two-stage axial fan is 1.4% and 2.8%, respectively.

فن وكمپرسور محوري , روش انحناي خطوط جريان , تحليل لايه مرزي ديواره انتهايي , طراحي و پيش بيني عملكرد , شبيه سازي سه بعدي

Axial Fan and compressor , Streamline curvature method , Endwall boundary layer analysis , Design and performance prediction , three-dimensional simulation