بررسی تأثیر پره راهنمای ورودی در عملکرد کمپرسور چند طبقه با استفاده از شبیه‌سازی سه‌بعدی

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Aerospace Engineering Amirkabir University of Technology, Tehran, IRAN

2 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, IRAN

3 Department of Aerospace Engineering, . Amirkabir University of Technology, Tehran,, IRAN

Abstract

یکی از چالش‌های اساسی در موتورهای توربین‌گاز، افت راندمان آن‌ها در نقاط خارج از طراحی است. با توجه به توان مصرفی قابل توجه کمپرسور، استفاده از پره راهنمای ورودی متغیر یکی از مهم‌ترین روش‌های کنترل توان کمپرسور برای اصلاح عملکرد توربین‌گاز در شرایط خارج طراحی به شمار می‌رود. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر پره راهنمای ورودی، بر عملکرد یک کمپرسور چند طبقه است. روش کار در پژوهش حاضر، شبیه‌سازی سه بعدی است. برای مدل‌سازی کمپرسور و صحت-سنجی نتایج، از اطلاعات و نتایج آزمایشگاهی کمپرسور پنج طبقه‌ ناسا استفاده شده است. در این راستا، برای مدل‌سازی کمپرسور مذکور، از شبیه‌سازی سه بعدی در نرم افزار انسیس سی اف ایکس (Ansys-CFX) بهره گرفته شده است. پس از صحت‌سنجی نتایج، مدل سه بعدی پره راهنمای ورودی، طراحی و شبیه‌سازی شده و منحنی عملکرد کمپرسور در زوایای مختلف نصب پره راهنما استخراج شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی کمپرسور نشان می‌دهد که با بستن پره راهنمای ورودی، ضمن کاهش دبی هوای ورودی، راندمان آن قابل افزایش است. همچنین مشاهده می‌شود که افزایش راندمان کمپرسور با بستن پره راهنمای ورودی، دائمی نبوده و پس از زاویه‌ی مشخصی، مقدار آن روند کاهشی خواهد داشت.

Keywords

Main Subjects


Article Title [فارسی]

بررسی تأثیر پره راهنمای ورودی در عملکرد کمپرسور چند طبقه با استفاده از شبیه‌سازی سه‌بعدی

Authors [فارسی]

  • علی مددی 1
  • رضا محمدی فشارکی 2
  • ابوالقاسم مسگرپور طوسی 3
1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
Abstract [فارسی]

 استفاده از پره راهنمای ورودی متغیر یکی از مهم‌ترین روش‌های کنترل توان کمپرسور برای اصلاح عملکرد توربین‌گاز در شرایط خارج طراحی به شمار می‌رود. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر پره راهنمای ورودی، بر عملکرد یک کمپرسور چند طبقه است. روش کار در پژوهش حاضر، شبیه‌سازی سه بعدی است. برای مدل‌سازی کمپرسور و صحت-سنجی نتایج، از اطلاعات و نتایج آزمایشگاهی کمپرسور پنج طبقه‌ ناسا استفاده شده است. در این راستا، برای مدل‌سازی کمپرسور مذکور، از شبیه‌سازی سه بعدی در نرم افزار انسیس سی اف ایکس (Ansys-CFX) بهره گرفته شده است. پس از صحت‌سنجی نتایج، مدل سه بعدی پره راهنمای ورودی، طراحی و شبیه‌سازی شده و منحنی عملکرد کمپرسور در زوایای مختلف نصب پره راهنما استخراج شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی کمپرسور نشان می‌دهد که با بستن پره راهنمای ورودی، ضمن کاهش دبی هوای ورودی، راندمان آن قابل افزایش است. همچنین مشاهده می‌شود که افزایش راندمان کمپرسور با بستن پره راهنمای ورودی، دائمی نبوده و پس از زاویه‌ی مشخصی، مقدار آن روند کاهشی خواهد داشت.

Keywords [فارسی]

  • کمپرسور محوری
  • پره راهنمای ورودی
  • توربین گاز
  • زاویه نصب
[1] J. T. Tomita and J. R. Barbosa, “A model for numerical simulation of variable stator axial flow compressors,” in Proceedings of 17th International Congress of Mechanical Engineering--COBEM, 2003.
[2] C. Bringhenti and J. R. Barbosa, “Methodology for gas turbine performance improvement using variable-geometry compressors and turbines,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part A J. Power Energy, vol. 218, no. 7, pp. 541–549, Nov. 2004.
[3] Cesar Celis, R. S. B. Paula de M. Ribeiro Pinto, and S. B. Ferreira, “Modeling of Variable Inlet Guide Vanes Affects on a One Shaft,” in Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008, pp. 1–6.
[4] L. Gallar, M. Arias, V. Pachidis, and P. Pilidis, “Compressor variable geometry schedule optimisation using genetic algorithms,” in ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air, 2009, pp. 425–434.
[5] A. Shadaram, A. Fathi, and R. Azizi, “Optimization of Variable Stator’s Angle for Off Design Compression System Using Streamline Curvature Method,” in ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air, 2009, pp. 525–532.
[6] S. Kim, D. Kim, C. Son, K. Kim, M. Kim, and S. Min, “A full engine cycle analysis of a turbofan engine for optimum scheduling of variable guide vanes,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 47, pp. 21–30, Dec. 2015.
[7] B. Li, C. W. Gu, X. T. Li, and T. Q. Liu, “Numerical optimization for stator vane settings of multi-stage compressors based on neural networks and genetic algorithms,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 52, pp. 81–94, 2016.
[8] S. L. Donald M. Sander cock, Karl Kovach, “Experimental investigation of a five stage axial flow research compressor with transonic rotors in all stages - compressor design,” Ohio, 1954.
[9]D. M. Sandercock, K. Kovach, and S. Lieblein, Experimental Investigation of a Five-stage Axial-flow Research Compressor with Transonic Rotors in All Stages I: Compressor Design. National Advisory Committee for Aeronautics, 1954.
10- ا. عظیمی، «بررسی مدل‌های توربولانسی مختلف برای پیشبینی عملکرد ‏کمپرسورهای محوری، » پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، 1396.
[11] N. A. Cumpsty, “ Compressor aerodynamics,”. National Advisory Committee for Aeronautics, Longman Scientific & Technical, 1989.