Skip to main content
SUPERVISOR
Nili ahmadabadi Mehdi,Ebrahim Shirani
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Noorsalehi
محمدحسین نورصالحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Inverse Design of Axial-Flow Compressor Blades Using Elastic Surface Algorithm in Subsonic and Transonic Flow Regimes with Separation
Inverse design methods are powerful tools for aerodynamic shape design. Inverse design includes determining a shape of body so that a prescribed pressure, velocity or shear stress distribution is achieved on its surface. In this thesis, a new inverse design algorithm called Elastic Surface Algorithm (ESA) is developed and enhanced for axial-flow compressor blade design in subsonic and transonic flow regimes with separation. ESA is an iterative inverse design method which includes two parts: an efficient inverse design algorithm, called elastic surface algorithm that uses a 2-D nonlinear finite element model, and a 2-D flow solver. In this thesis, the Fluent commercial software is used as a compressible viscous flow solver. In the proposed method, the airfoil wall shape is changed under a physical algorithm based on the deformation of a flexible beam. The difference between target and current pressure distributions and the difference between target and current wall shear stress distributions cause to deform the flexible beam at each shape modification step and then the internal stresses are set to zero. When current pressure and wall shear stress distributions converge to the target ones, the deformation of airfoil walls is stopped and the final airfoil shape is achieved. In this investigation, the rotor and stator blades of the first stage of an axial-flow compressor in subsonic and transonic flow regimes are validated by the enhanced ESA, which shows the robustness of the method in flow regime with separation and normal shock. Also, some algorithms are developed to improve the performance of this method for compressor blade designs. Moreover, some design examples of axial-flow compressor blades in subsonic and transonic viscous regimes are presented here, which show the flexibility of the proposed method. Results show that the enhanced Elastic Surface Algorithm is a powerful tool for considering the transonic flow around airfoils. The other advantages of the presented method is its physical approach, high convergence rate and the high ability to utilize computer codes as a black box for flow analysis. Keywords: Inverse Design, Airfoil, Axial-Flow Compressor Blade, Elastic Surface, Viscous Flow Regime, Wall Shear Stress
یکی از مهمترین اهداف در طراحی ایرفویل، تعیین هندسه ایرفویل براساس یک تابع هدف مشخص در راستای دیواره‌ها می باشد، که به عنوان طراحی معکوس شناخته می شود. در این روش، با توجه به توزیع سرعت، توزیع فشار و یا توزیع تنش برشی داده شده (هدف)، هندسه ایرفویلی مشخص می گردد که از لحاظ عملکرد آیرودینامیکی بهینه می باشد. هدف از این پژوهش، توسعه و ارتقای روش طراحی معکوس پوسته الاستیک برای طراحی پره های کمپرسور محوری در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت همراه با جدایش جریان می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش تکراری با مبنای فیزیکی قوی است، که از ترکیب حلگر جریان و کد المان محدود غیرخطی تیر دوبعدی به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه تشکیل شده است. در این پایان نامه از نرم افزار فلوئنت به عنوان حلگر جریان تراکم پذیر و لزج استفاده شده است. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده است، که اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود و اختلاف توزیع تنش برشی هدف و توزیع تنش برشی موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل می باشد. با نزدیک شدن به توزیع فشار و توزیع تنش برشی هدف، اختلاف فشار و تنش به صفر نزدیک شده و باعث توقف حرکت دیواره ها می شود. برای همگرائی به هندسه مورد نظر، در هر مرحله تغییر شکل دیواره لازم است تنش های داخلی تیر صفر شوند. در این پژوهش، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک ارتقاء یافته و با بررسی پره های روتور و استاتور طبقه اول کمپرسور محوری در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد، که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. هم چنین الگوریتم هایی جهت بهبود عملکرد این روش در طراحی پره های کمپرسور معرفی می گردد. سپس مثال های متنوع طراحی پره های کمپرسور در رژیم جریان لزج ارائه شده است که انعطاف پذیری وکارایی روش را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که الگوریتم پوسته الاستیک ارتقاء یافته ابزاری کارآمد و سریع در طراحی ایرفویل های گذر صوت می باشد. از دیگر مزایای روش ارتقاء یافته در این پژوهش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد. کلمات کلیدی: 1- طراحی معکوس 2-ایرفویل 3-پره کمپرسور محوری 4 -پوسته الاستیک 5-رژیم جریان لزج 6-تنش برشی دیواره

ارتقاء امنیت وب با وف بومی