30406

بهينه‌سازي هندسه پروفيل ديفيوژن كنترل (CDA) براي پره‌هاي كمپرسور محوري با استفاده از الگوريتم ژنتيك و ديناميك سيالات محاسباتي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1395

1402/9/12

دكتر رضا تقوي زنوز

مهندسي مكانيك

كمپرسور‌هاي محوري در صنعت كاربرد‌هاي مهمي دارند و استفاده از جريان گذر‌صوت در آن‌ها موجب دست‌يابي به راندمان بالاتر مي‌شود. در سال هاي اخير پره‌هاي كنترل ديفيوژن به‌علت هندسه بهينه و افت فشار عموما پايين‌تر از پره‌هاي ديگر به‌خصوص در صنايع هوايي و در شرايط فروصوت بالا وگذر‌صوت كاربرد قابل توجهي دارند. در پژوهش حاضر، بهينه كردن هندسه پره از نوع ديفيوژن كنترل مد‌نظر است و ايرفويل مقطع استاتوركمپرسور محوري طراحي شده در آزمايشگاه ملي هوافضاي هند به‌عنوان هندسه مبنا انتخاب گرديده است. هدف بهينه‌سازي، كمينه كردن افت فشار كل جريان سيال و به تبع آن كاهش ميزان افت در رديف پره است. روش كار در اين پژوهش، تغيير در هندسه پروفيل پره به‌وسيله تغيير در پارامترهاي روش پارسك بوده كه منجر به ايجاد هندسه‌هاي جديد در هر مرحله از اجراي كد مي‌گردد. روش بهينه‌سازي مورد استفاده بر اساس الگوريتم ژنتيك توسعه يافته است. براي تحليل آيروديناميكي هندسه توليد‌شده در هر مرحله و استخراج مقدار افت فشار كل، كد متلب با نرم‌افزار انسيس كوپل شده و در هر مرحله پس از حل عددي براي هر هندسه توليد شده، مقدار افت فشار كل استخراج و به كد برگشت داده مي‌شود. در نهايت خروجي كار پره‌ بهينه‌تر و با افت فشار كمتر بوده كه در نهايت با پره اصلي مقايسه شده و به‌عنوان جايگزين مناسب معرفي شده است. مقدار افت فشار كل بين ورودي و خروجي در پره بهينه‌شده نسبت به پره اصلي 18 درصد كاهش داشته و نسبت فشار استاتيك كسكيد از13/1 به 17/1 افزايش يافته‌است. هم‌چنين، دبي جرمي نيز مقدار kg/s 083/0 افزايش داشته است كه ميزان قابل توجهي است. بهبود ويژگي‌هاي آيروديناميكي مختلف نظير توزيع عدد ماخ و ضرايب فشار و افت نيز بين دو پره قابل مشاهده است كه در فصل آخر به تفصيل آورده‌ شده‌است. نكته حائز اهميت اين است كه هندسه پره به نحوي اصلاح شده‌است كه امواج شاك و جدايش جريان از روي سطح ديده نشده كه اين امر مي‌تواند افزايش كار‌آيي پره را به همراه داشته باشد.

1402/11/06

Optimization of an axial compressor CDA Airfoil using Genetic Algorithm coupled with CFD

1/1/1900 12:00:00 AM

Improving the efficiency of axial compressors has been one of the most important goals of designers and engineers for many years, and nowadays diffusion control vanes are increasingly used due to their optimal geometry and lower pressure drop, especially in the aviation industry and in subsonic and transsonic conditions. In the current research, the basic geometry is related to the axial compressor stator section airfoil designed in the National Aerospace Laboratory of India. For this purpose, firstly, the geometry of the cross-section of the main airfoil was produced by extracting its points, and for validation, aerodynamic analysis was performed on it and compared with the main airfoil, and it was confirmed to be consistent. The construction with MATLAB code based on genetic algorithm was carefully followed. In this research, the goal is to change the geometry of the vane profile by changing the coordinates of the cascade points of an axial compressor to minimize the pressure drop of the entire fluid flow. Changing the shape of the vane profile is done by changing the parameters of the PARSEC method, which leads to the creation of new geometries at each stage. Therefore, the MATLAB code is coupled with Ansys software and in Each step of numerical solution for each generated geometry is performed in ANSYS-CFX software and the total pressure drop value is extracted and returned to the code. . Finally, the work output of the vane was more optimal and with less pressure drop, which was finally compared with the original vane and introduced as a suitable alternative. The amount of total pressure drop between inlet and outlet in the optimized vane has decreased by 18% compared to the original vane and the cascade pressure ratio has increased from 1.13 to 1.17. The improvement of various aerodynamic characteristics is also visible between the two blades, which is presented in the last chapter. The important point is that the geometry of the vane has been modified in such a way that despite the increase in the initial speed, the separation of the flow from the surface was not seen and it did not lead to a double drop, which can increase the efficiency of the vane. Also, the mass flow rate has also increased significantly.

پره كنترل ديفيوژن، بهينه‌سازي شكل هندسي،كمپرسورمحوري، روش پارسك، الگوريتم ژنتيك

CDA,parameterization,optimization,genetic Algorithm

Negin Sadat

HoseiniNavid