Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar,Nili ahmadabadi Mehdi
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Shumal
محمد شومال

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Quasi-3D Inverse Design of Diffuser with 90 Degree Bend of a Centrifugal Compressor In Order to Improve Its Performance
Inverse design as an efficient way, is an attractive shape design method. In this method, the geometry is determined for a prescribed flow character such as velocity or pressure distribution. In this thesis, the diffuser of a centrifugal compressor is inversely designed with Ball-Spine Algorithm in order to improve its performance. The inverse design method integrates Ball-Spine Algorithm as a shape modifier and Ansys-CFX software as a quasi-3D flow solver. Shape modification algorithm and Ansys-CFX software are integrated in two ways. First, Ball-Spine equations are written inside the CFX as expressions. Therfore, both shape modification and flow solving is done by CFX. Next, shape modification is done by Matlab software. Matlab helps to link Ball-Spine equations and Ansys-CFX as flow solver. So the geometry should be meshed for each iteration. Consequently, geometry filtering at each iteration is provided and convergence rate increases. Performance of the diffuser of the centrifugal compressor is improved in two separate steps. At the first step, the axsisymmetric 90-degree bend duct between the radial and axial diffuser of the centrifugal compressor is modified with Ball-Spine Algorithm. For this purpose, performance of bend duct in swirling viscous flow regime is numerically obtained. Then Ball-Spine Algorithm is developed for swirling viscous flow regime and the effect of viscosity, swirl velocity (tangential velocity component) and initial guess geometry is studied. 90-degree bend duct is inversely designed with Ball-Spine Algorithm in swirling viscous flow regime to increase the pressure recovery coefficient. Results show that the convergence rate and stability of Ball-Spine Algorithm is desired for designinig ducts in swirling viscous flow regime. The pressure recovery coefficient of the axsisymmetric 90 degree bend duct increases up to about 7%. At the second step, the radial diffuser is omitted. Consequently, the diameter of engine is reduced and the engine weight is decreased. At this situation, the 90-degree bend duct is directly placed right after the impeller and guide vane is used at the bend duct path. The 90-degree diffuser is inversely designed with Ball-Spine Algorithm and consequently pressure recovery coefficient increases and secondary flow reduces. In the 90-degree diffuser, flow angle distribution is controlled at outlet of the duct and engine diameter is reduced about 24%. Keywords: Inverse design, Ball-Spine algorithm, Axsisymmetric 90 degree bend, Swirl viscous flow
فرآیند طراحی معکوس به عنوان یک روش بهینه، از روش های مورد توجه طراحی شکل است. در این روش، توزیع یک کمیت جریان مانند سرعت یا فشار معلوم است و هدف تعیین هندسه ای است که این توزیع را ارضا نماید. در کار حاضر طراحی معکوس شبه سه بعدی دیفیوزر کمپرسور گریز از مرکز به روش گلوله-اسپاین، با هدف بهبود عملکرد آن انجام می شود. فرآیند طراحی معکوس با ترکیب الگوریتم اصلاح هندسه و نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی جریان انجام می شود. بهبود عملکرد دیفیوزر کمپرسور گریز از مرکز در دو مرحله مجزا دنبال می شود. در مرحله اول، اصلاح مجرای خم 90 درجه تقارن محوری رابط دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری در خروجی کمپرسور گریز از مرکز، با الگوریتم گلوله-اسپاین انجام می شود. بدین منظور، در ابتدا عملکرد مجرای خم در شرایطی که جریان لزج ورودی چرخشی است، به صورت عددی ارزیابی می گردد. سپس روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین در رژیم جریان لزج چرخشی توسعه می یابد و اثرات لزجت، سرعت چرخشی (مولفه مماسی سرعت) و هندسه حدس اولیه بررسی می شود. در ادامه، مجرای خم 90 درجه در رژیم جریان لزج چرخشی با هدف افزایش ضریب بازیابی فشار با روش گلوله-اسپاین طراحی می شود. نتایج بدست آمده، بیانگر سرعت همگرایی و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری با جریان چرخشی لزج می باشد. ضریب بازیابی فشار مجرای خم 90 درجه تقارن محوری پس از اصلاح هندسه، 7 درصد افزایش می یابد. در مرحله دوم، با حذف دیفیوزر شعاعی، تلاش برای کاهش قطر موتور و به تبع آن کاهش وزن و علی الخصوص نیروی درگ وارد بر پوسته موتور انجام می شود. در این حالت، مجرای خم 90 درجه مستقیما بر روی پروانه قرار می گیرد و در مسیر مجرای خم، از پره راهنما استفاده می گردد. مجرای جدید نیز با روش گلوله- اسپاین شبه سه بعدی، با هدف افزایش ضریب بازیابی فشار و حذف جریان ثانویه اصلاح می شود. در مجرای جدید، توزیع زاویه جریان در خروجی مجرا کنترل می شود و قطر موتور در حدود 24 درصد کاهش می یابد. کلمات کلیدی : طراحی معکوس، الگوریتم گلوله-اسپاین، خم 90 درجه تقارن محوری، جریان لزج چرخشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی