Skip to main content
SUPERVISOR
Nili ahmadabadi Mehdi,Ahmad Reza Pishevar
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Farhoud NikeNezhad
فرهود نیک نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of Performance Characteristic of Turbo-shaft Engine Using Numerical Simulation of Rotary Component
In the last decade, three-dimensional numerical simulation of gas turbine components has been studied intensely. One of the most important issues in design and analysis of gas turbine components is flow field insight, losses and instabilities prediction. These losses and instabilities include return flows, rotational stall, local shocks, surge and local and global instabilities reducing life and performance of system components, severely. On the other hand, predicting the performance characteristics of turbine and compressor without costly experimental tests is a significant advantage for gas turbine design. Hence, In the last decade with upgrade of computers, numerical study of effective parameters on the performance of turbine and compressor such as axial distance between stages, end wall contouring methods of turbine passage effects, of roughness and airfoils on losses and effects of clearance between the rotor blades and casing have been considered to be studied. Therefore, in the present study, three-dimensional numerical analysis of rotating components of a turbo-shaft engine involving 3-stage axial compressor, one-stage centrifugal compressor and one-stage high-pressure axial turbine is done for its recognition. Also, feasibility study of its promotion to a turbojet engine is done by adding a nozzle at the end of high pressure turbine. 3D Numerical analysis of flow inside the compressor and turbine is done separately by CFX software. Compressible flow equations are solved by using pressure based method with second order accuracy and SST turbulence model. Performance characteristic curves of compressor and turbine are obtained separately by changing inlet and outlet boundary conditions of the compressor and turbine. Also, internal flow field and local losses in various components are studied in design and off design conditions. Finally, by design of nozzle at the end of the motor and its numerical simulations with high-pressure turbine, possibility of changing this engine into a turbojet engine is assessed. The results of simulations show that in the first stage of axial compressor, a secondary flow is created from hub to tip because of high axial chord of rotor blade. Also, flow in this rotor is transonic. Flow in the turbine nozzle is chocked earlier than in rotor showing upstream flow of the turbine is not affected by downstream flow. Moreover, change of rotor speed does not affect in nozzle flow pattern. Also, flow chocking occurs in the nozzle hub earlier. The feasibility study for promotion of this engine to a turbo jet engine shows that change of the current engine to a turbofan engine is more suitable because of its low mass flow rate. Keywords: Numerical Simulation, Axial Compressor, Centrifugal Compressor, Axial Turbine, Performance Curve
در دهه ی اخیر، شبیه سازی سه بعدی اجزای توربین های گازی به شدت مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از مسائلی که در طراحی و آنالیز اجزای توربین های گاز مهم می باشد، شناسائی میدان جریان و پیش بینی افتها و ناپایداری های آیرودینامیکی است. از جمله ی این افتها و ناپایداری ها، جریان های برگشتی، واماندگی چرخشی، شوک های موضعی، سرج و ناپایداری های موضعی و کلی می باشد که عمر و عملکرد اجزاء سیستم را به شدت کاهش می دهد. از طرفی، پیش بینی مشخصات عملکردی توربین و کمپرسور بدون تستهای تجربی پرهزینه یک مزیت قابل توجه برای طراحی توربین های گاز به حساب می آید. از این رو، در دهه ی اخیر بررسی عددی پارامترهای مؤثر روی عملکرد توربین وکمپرسور نظیر فاصله ی محوری بین طبقات، روشهای کانتورینگ دیوارهای انتهایی مجرای توربین، تأثیر زبری و شکل ایرفویل روی تلفات، تأثیر فاصله لقی بین پره های روتور و پوسته و ... همزمان با ارتقاء رایانه ها بسیار مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. لذا در پژوهش حاضر، تحلیل عددی سه بعدی اجزاء دوار یک موتور توربوشفت شامل 3 طبقه کمپرسور محوری، یک طبقه کمپرسور گریز از مرکز و یک طبقه توربین جریان محوری فشار بالا، بمنظور شناسایی و امکان سنجی تبدیل آن به توربوجت با اضافه کردن یک نازل انتهائی صورت می پذیرد. تحلیل عددی جریان سه بعدی طبقات کمپرسور و توربین بصورت مجزا از هم توسط نرم افزار CFX انجام می شود. حل معادلات جریان تراکم پذیر از روش فشار مبنا و با دقت مرتبه دوم و براساس مدل آشفتگی SST صورت می گیرد. با تغییر شرایط مرزی ورود و خروج طبقات کمپرسور و توربین، منحنی عملکرد 4 طبقه کمپرسور و تک طبقه توربین بطور مجزا بدست می آید. همچنین، میدان جریان داخلی و افتهای موضعی ایجاد شده در اجزاء مختلف در نقاط طراحی و خارج طراحی مورد مطالعه قرار می گیرد. در نهایت، با طراحی نازل انتهای موتور و شبیه سازی عددی آن به همراه توربین فشار بالا، امکان تبدیل این موتور به موتور توربوجت مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که در طبقه اول کمپرسور محوری به دلیل زیاد بودن کورد محوری پره ی روتور، جریان ثانویه ای از پایه تا نوک پره بوجود آمده که این نوع جریان ثانویه تنها در این پره پدید آمده و همچنین جریان در روتور طبقه ی اول جریان ترانسونیک است. در توربین جریان در نازل زودتر از روتور خفه شده که نشان می دهد جریان بالادست در توربین، متأثر از جریان پایان دست نمی باشد و تغییر دور روتور نمی تواند تأثیری در شکل جریان در نازل داشته باشد، همچنین خفگی جریان در پایه پره زودتر اتفاق می افتد. در امکان سنجی انجام شده برای تبدیل موتور مذکور به موتور توربوجت این نتیجه حاصل شد که بدلیل کم بودن دبی ورودی این موتور، موتور فعلی برای تبدیل به موتور توربوفن مناسب تر است. کلمات کلیدی: 1- شبیه سازی عددی 2-کمپرسور محوری 3-کمپرسور گریز از مرکز 4- توربین محوری 5- نمودار عملکردی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی