Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Mahmud Ashrafizadeh
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Dabirmoghaddam
نوید دبیرمقدم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Numerical Investigation and Analysis of Turbulence Models for Fluid Flow through Gas Turbine Stator Blades
Many researchers have put much attention on gas turbine blades because of their wide applications in industry. So having information about the characteristics of fluid flow through gas turbine blades seems to be critical. Because of this importance, some of the parameters which are effective on simulating fluid flow through gas turbine blades are investigated by the use of CFX software. Numerical grid which is one of the investigated parameters has significant effect on numerical results. So grid sensitivity has been investigated as the first step. Defining the turbulence model is another important parameter in this project. Four turbulence models such a K-?, K-?, SST and RSM are used to predict heat transfer and aerodynamic parameters for C3X stator blade. Pressure distribution around the blade was predicted almost identical by the use of different turbulence models. But in predicting wall temperature around the blade, SST model shows better results comparing to other models since it has less than 1.5 percent error comparing to experimental results. Also in this project the effect of different turbulence intensities on aerodynamic and heat transfer characteristics of midspan, hub and shroud of the stator blade are investigated. By increasing turbulence intensity, heat transfer rate increases at midspan but decreases at hub and shroud. Viscous work is the last parameter which is analyzed in this project. This term exists in energy equation and its effect is significant in high speed flows. The analysis shows that this term is more effective when turbulence intensity is higher. Another object of this project is to investigate the importance of these parameters comparing to each other. This means that which of these parameters are more important in simulating fluid flow through gas turbine blades. Using a good turbulence model is the most important parameter in gas turbine simulation. After that turbulence intensity, numerical grid and viscous work have lower effects in gas turbine simulation comparing to turbulence model. Finally a comparison between different Reynolds Stress Turbulence models (RSM) is investigated in order to find the best one for predicting the fluid flow through gas turbine stator blades. The primary difference between these models is the use of ? or ? equation. The results of models using ? equation are close to experimental data but SST model shows the best results comparing to all turbulence models used in this project. Key Words: Turbulence models, turbulence intensity, viscous work, numerical grid, Reynolds Stress Turbulence models (RSM), CFX software.
: توربین های گاز با توجه به نیاز روز افزون بشر به انرژی، مورد توجه محققین بسیاری در سالهای اخیر بوده اند. لذا اطلاع داشتن از پدیده هایی که در عبور جریان از پره های توربین گاز اتفاق می افتد بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور در این پروژه اثر تعدادی از پارامترهای مختلف موثر در جریان بر روی پره های استاتور توربین گاز با استفاده از نرم افزار CFX به شکل سه بعدی بررسی شده اند. در اینجا به طور خلاصه به تعدادی از این نتایج اشاره می شود. شبکه عددی بعنوان یکی از پارامترهایی که مورد بررسی قرار گرفته اند تاثیر زیادی بر دقت نتایج دارد. بدین منظور استقلال از شبکه بعنوان نقطه شروع کار برای سه شبکه مختلف بررسی شده است. تعیین مدل جریان مغشوش عامل مهم دیگری است که در این پروژه به آن توجه ویژه شده است. چهار مدل k-?، k-?، SST و RSM برای بررسی خصوصیات انتقال حرارت و آیرودینامیک پره استاتور C3X بدون کانالهای خنک کاری مورد استفاده قرار گرفته اند. در پیش بینی توزیع فشار اطراف پره این چهار مدل نتایج یکسانی را نشان می دهند که همگی با داده های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارند. اما در بررسی توزیع دما اطراف پره مدل دو معادله ای SST نتایج بهتری را در مقایسه با نتایج تجربی ارائه میکند بطوریکه خطای آن کمتر از 5/1 درصد است. در این پروژه اثر تغییر شدت اغتشاش ورودی بر روی خصوصیات آیرودینامیک و انتقال حرارت جریان در مقطع میانی و در دیواره های بالا و پایین پره بررسی شده اند. با افزایش شدت اغتشاش انتقال حرارت از پره بهبود می یابد ولی در دیواره های بالا و پایین پره انتقال حرارت کاهش می یابد. عبارت کار لزج بعنوان آخرین پارامتری است که در این پروژه اثر آن بررسی شده است. این عبارت در معادله انرژی حاکم بر سیال وجود دارد و تاثیر آن در جریانات با سرعت بالا قابل ملاحظه است. بررسی های انجام شده در این پروژه نشان میدهد که هرچه شدت اغتشاش ورودی جریان بیشتر باشد، اثر عبارت کار لزج نیز بیشتر است. از نکاتی که در این پروژه به آن توجه شده است بررسی اهمیت هر کدام از پارامترهای بررسی شده در مقایسه با یکدیگر است. بدین معنی که کدام پارامترهای عمده جریان بهنگام مدلسازی جریان بر روی پره های توربین گاز از اهمیت بیشتری برخوردارند. تعیین مدل مغشوش مناسب کلیدی ترین پارامتر در تحلیل جریان مغشوش توربین های گازی است و پس از آن شدت اغتشاش ورودی نقش تعیین کننده ای در مدلسازی دارد. شبکه عددی و در نظر گرفتن عبارت کار لزج بترتیب از اهمیت پایینتری برخوردارند. مطلب دیگری که در مقالات علمی کمتر به آن توجه می شود مدلهای مختلف تنش رینولدز RSM است که در این پروژه مقایسه ای بین این مدلها انجام شده است. تفاوت عمده این مدلها بر اساس استفاده از معادله ? یا ? می باشد که نتایج مدل مبتنی بر معادله ? در مقایسه با سایر مدلها بهتر است. اما نتایج این مدل تا حد زیادی به نتایج مدل SST نزدیک است ولی از آنجا که همگرایی در این مدلها سخت تر و زمانبر تر است لذا استفاده از آن بجای مدل دو معادله ای SST توصیه نمی شود. کلمات کلیدی: مدلهای جریان مغشوش، شدت اغتشاش ورودی، کار لزجت، شبکه عددی، مدلهای تنش رینولدز RSM ، نرم افزار CFX.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی