بخشی از مقاله
خلاصه
پیش بینی عملکرد توربین جریان محوری در شرایط مختلف عملکردی به دلیل پر هزینه بودن و کمبود اطلاعات تجربی قابل اعتماد، همواره در حال توسعه می باشد. در این مقاله مدلسازی هندسی و تولید شبکه در دو بعد با استفاده از نرم افزار گمبیت اانجام شده و با تحلیل جریان دو بعدی در دسته پره های توربین جریان محوری در دو توربین 4,5 مرحله و 3مرحله ای ناسا و دسته پره HS1A، نتایج تحلیل دوبعدی در اشکال مختلف ارائه گردیده است.
.1 مقدمه
امروزه به روش های مدلسازی و محاسباتی مختلفی برای شبیه سازی و بهینه سازی توربین ها، بطوریکه طراحی آن ها موثرتر و مفیدتر باشد نیاز است. درمیان روش ها، مدلسازی یک بعدی یک روش سریع و ساده برای بدست آوردن شرایط عملکرد توربین گاز است. در توربوماشین های محوری پره ها همیشه سه بعدی بوده و روی دیسک سوار می شوند اما برای سادگی در آنالیز آنها ابتدا یک سری پره دو بعدی - با طول بی نهایت - را در نظر گرفته و جریان سیال را در سطح مقطع بین آنها بررسی می کنند. طرح زیر نشانگر شکل کلی سطح مقطع های دو بعدی و علائم و اختصارات مورد استفاده می باشد. لازم به ذکر است که در این پژوهش همانند شکل 1 زوایا نسبت به جهت محوری اندازه گیری شده اند.
.2 تولید هندسه و شبکه و حل میدان محاسباتی
با توجه به اینکه انجام تستهای آزمایشگاهی زمانبر بوده و هزینهی بیشتری در بر دارد، استفاده از مدلسازی عددی برای بررسی این اثرات در نظر گرفته شده است. دراین بخش تولید هندسه و شبکه برای دو توربین محوری ناسا و یک دسته پره HS1A توضیح داده می شود. سپس مدل محاسباتی حل و نتایج حاصل از آن آورده می شود. در مرجع [2] و [3] فلسفه طراحی و جزئیات مربوط به ساختار توربین به ترتیب برای 4,5 طبقه و سه طبقه ناسا ارائه شده است.
.2,1 مدلسازی هندسی
در این پژوهش از نرم افزار گمبیت برای تولید هندسه دسته پره ها استفاده شده است. برای این کار مختصات نقاط سازنده پروفیل مربوطه توسط نرم افزار getdataw digitizer بدست می آید سپس در یک فایل نوشتاری1 که شامل مختصات دو بعدی ایرفویل پره توربین می باشد وارد نرم افزار گمبیت می شود. سپس سمت مکش و فشار ایرفویل به اندازه یک گام در جهت بالا و پایین آن تصویر می شود. در شکل 2 سطح مقطع روتور برای نمونه آورده شده است. برای ایجاد میدان حل، مقطع ورودی به اندازه یک طول وتر در بالادست لبه راهنما و مقطع خروجی به اندازه 1/5 برابر طول وتر در پایین دست لبه فرار گسترش داده می شود. این امر به این دلیل است که در ورودی و خروجی، جریان یکنواختی داشته باشیم.[4] معمولا از ناحیه محاسباتی پریودیک در مسئله مربوط به حل جریان در دسته پرهها استفاده میکنند. این ناحیه محاسباتی در شکل 3 نشان داده شده است. به این ترتیب هندسه ایرفویل پره برای شبکه بندی آماده شده است.
شکل -3 ناحیه محاسباتی برای مدلسازی دسته پره ها
معمولا چهار نوع هندسه یا ناحیه محاسباتی میتوان برای حل جریان بین پرهای ایجاد کرد. این چهار ناحیه محاسباتی درشکل 4 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود بالادست یا پایین دست جریان میتواند هم در راستای محوری و هم در راستای پره ایجاد شود. جدول 1 که از مرجع [5] استخراج شده است، نتایج حاصل از حل عددی در هریک از چهار هندسه شکل 4 را با نتیجه تجربی افت پروفیل مقایسه کرده است. همانطور که از جدول 1 مشاهده میشود هندسههای - Axial-Skewed - و - Skewed-Skewed - نتایج تقریبا یکسان و همچنین بهترین نتایج را پیش بینی میکنند. با اینکه سلولهای محاسباتی در شبکههای تولید شده در
