30223

توسعه كد يك‌بعدي به‌منظور تحليل سريع انتقال حرارت در پره توربين گاز در بستر پايتون

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1399

1402/07/18

دكتر سيدمصطفي حسينعلي پور

دانشكده مكانيك

براي طراحي اوليه‌ي يك سيستم خنك كاري براي پره‌ي توربين، يك تقريب مناسب از كيفيت خنك كاري نياز است. براي بهينه‌سازي اين مقادير، بايد تعداد قابل‌توجهي آزمون‌وخطا صورت گيرد. پس از انجام اين مرحله، طراح يك تقريب و ديد كلي از ساختار و تا حدودي جزئيات سيستم خنك كاري به دست مي‌آورد. سپس طراحي وارد فاز تحليل دوبعدي و CFD مي‌شود. هدف اين تحقيق توسعه كد سريع تحليل حرارتي پره توربين گاز در بستر زبان برنامه‌نويسي پايتون است. سه بخش اصلي در تحليل كد پروژه وجود دارد، كه عبارت‌اند از: بخش اول، تحليل و تبديل طرح سه‌بعدي CAD پره‌ي توربين به فايل قابل‌تحليل در بخش Solver، بخش دوم شامل فايل‌هاي Excel به‌منظور تعيين شرايط مرزي پره و بخش سوم، تحليلگر Solver است. در اين كد پره توربين به المان‌هاي سه‌بعدي تقسيم‌شده و معادلات حرارتي حاكم بر هر اِلمان مستقلاً حل مي‌گردد. در تحليل‌هاي عددي و دقيق به حل هم‌زمان معادلات ناويراستوكس و انرژي در جريان مبرد داخل پره، جريان گاز داغ خارج پره و انتقال حرارت در طول ضخامت پره نياز است. ازآنجايي‌كه هدف اين كد تحليل سريع پديده‌ي انتقال حرارت در پره‌ي توربين است، لذا كد مذكور با اجتناب از حلCFD مسئله و با تكيه‌بر روابط تجربي، ضرايب انتقال حرارت را تعيين كرده و بر اساس اين ضرايب، معادلات انتقال حرارت در المان‌هاي مذكور را حل مي‌كند. بر اين اساس، با توجه به هدف تعيين‌شده‌ي كد، كه به دست آوردن پاسخ سريع با تقريب قابل‌قبول از پاسخ دقيق مسئله است،خروجي‌هاي كد با يك مدل‌سازي CFD در نرم‌افزار تجاري Fluent مقايسه مي‌گردد، كه همخواني قابل قبولي ميان دو نتيجه‌ي فوق مشاهده مي‌گردد. لازم به ذكر است، صحت و دقت پاسخ‌هاي كد، به رعايت قواعد ورودي‌هاي كد، انتخاب درست روابط تجربي مذكور و توجه به محدوده‌ي كاركرد اين روابط بستگي دارد.

1402/09/29

Developing 1D fast code for the rapid analysis of heat transfer in gas turbine blades based on Python

10/9/2024 12:00:00 AM

Primary design of the cooling systems on gas turbines needs an appropriate estimation of the quality of cooling configuration. To optimize that, lots of trial and error are performed. At the next stage, the designer gets an overall view of the preferred cooling system. Next, the designing procedure enters the 2D and CFD analyses phase, respectively. The purpose of this research is to develop fast heat transfer analysis software based on PYTHON for configuring gas turbine cooling systems The software solving process consists of three main components: a) decoding and converting the entered 3D CAD geometry of the gas turbine blade into an analyzable input for the main solver, b) fixing the blade inputs and boundary conditions on the input EXCEL sheets and c) starting the solver. In the present code, the turbine blade is divided into 3D elements and the heat transfer equations are solved on them. Due to the goal of the present code to be fast, the software neglects solving the geometry like a CFD model, and with the help of empirical and semi-empirical relations, the heat transfer coefficients are calculated in three zones of: 1) coolant, 2) blade metal and 3) hot gas and the prescribed heat transfer equations get solved. To validate the fast results, a CFD model is made on Ansys software and solved via Fluent software. Finally, the code result is notably consistent with that of the CFD model with a small error margin.

تحليل سريع انتقال حرارت , تحليل يك بعدي انتقال حرارت , تحليل انتقال حرارت مزدوج , كد سريع , پايتون

Rapid analysis of heat transfer , One-dimensional analysis of heat transfer , Conjugate heat transfer analysis , Fast code , Python

alimohammad ghadami sadrabadi

dr. seyed mostafa hoseinalipour