دینامیک سیالات در توربو ماشین ها و آزمون های کارایی توربو ماشین

دینامیک سیالات در توربو ماشین ها و آزمون های کارایی توربو ماشین

مقدمه:

در طراحی کنونی توربو ماشینها، و بخصوص برای کاربردهای مربوط به موتورهای هواپیما، تاکید اساسی بر روی بهبود راندمان موتور صورت گرفته است. شاید بارزترین مثال برای این مورد، «برنامه تکنولوژی موتورهای توربینی پر بازده مجتمع» (IHPTET) باشد که توسط NASA و DOD حمایت مالی شده است.

هدف IHPTET، رسیدن به افزایش بازده دو برابر برای موتورهای توربینی پیشرفته نظامی، در آغاز قرن بیست و یکم می باشد. بر حسب کاربرد، این افزایش بازده از راههای مختلفی شامل افزایش نیروی محوری به وزن، افزایش توان به وزن و کاهش معرف ویژه سوخت (SFC) بدست خواهد آمد.

وقتی که اهداف IHPTET نهایت پیشرفت در کارآیی را ارائه می دهد، طبیعت بسیار رقابتی فضای کاری کنونی، افزایش بازده را برای تمام محصولات توربو ماشینی جدید طلب می کند. به خصوص با قیمتهای سوخت که بخش بزرگی از هزینه های مستقیم بهره برداری خطوط هوایی را به خود اختصاص داده است،  SFC، یک فاکتور کارایی مهم برای موتورهای هواپیمایی تجاری می باشد.

اهداف مربوط به کارایی کلی موتور، مستقیما به ملزومات مربوط به بازده آیرودینامیکی مخصوص اجزاء منفرد توربو ماشین تعمیم می یابد. در راستای رسیدن به اهداف مورد نیازی که توسط IHPTET و بازار رقابتی به طور کلی آنها را تنظیم کرده اند، اجزای توربو ماشینها باید به گونه ای طراحی شوند که پاسخگوی نیازهای مربوط به افزایش بازده، افزایش کار به ازای هر طبقه، افزایش نسبت فشار به ازای هر طبقه، و افزایش دمای کاری، باشند.

بهبودهای چشمگیری که در کارایی حاصل خواهد شد، نتیجه ای از بکار بردن اجزایی است که دارای خواص آیرودینامیکی پیشرفته ای هستند. این اجزا دارای پیچیدگی بسیار بیشتری نسبت به انواع قبلی خود هستند که شامل درجه بالاتر سه بعدی بودن، هم در قطعه و هم در شکل مسیر جریان می باشد.

جریان در توربینهای شعاعی

توربینهای شعاعی با انواع محوری متفاوت هستند. افت فشار بازای هر طبقه بسیار بالاتر از توربین محوری است. جریان در حالیکه بصورت شعاعی و به سمت داخل استاتور حرکت می کند و  زمانیکه به سمت داخل و بصورت شعاعی وارد روتور می شود و سپس به صورت محوری خارج می شود ، تغییرات شعاعی مهمی پیدا می کند.

 توربین های جریانی شعاعی نسبت به انواع محوری مزایایی دارند مثل ساخت آسان، هزینه تولید پایین و بازده خوب درمحدوده وسیعی از شرایط کار.

فهرست مطالب

مقدمه:

ویژگیهای میدان های جریان در توربو ماشین ها:

ویژگیهای اساسی جریان:

جریان در دستگاههای تراکمی:

جریان در فن ها و کمپرسورهای محوری:

 جریان در کمپرسورهای سانتریفوژ:

جریان در سیستم های انبساطی: 

جریان در توربین های محوری:

جریان در توربینهای شعاعی

 مدلسازی میدانهای جریان توربو ماشین:

 مراحل مختلف مدلسازی مرتبط با فرآیند طراحی

ملاحظات مربوط به قبل و بعد از فرآیند:

  انتخاب ابزار تحلیلی:

پیش بینی آینده:

   مسیرهای پیش رو در طراحی قطعه:

خلاصه:

مراجع :

بخش دوم

آزمونهای کارایی توربو ماشین

آزمونهای کارایی آئرودینامیکی:

اهداف فصل

طرح کلی بخش:

تست عملکرد اجزا:

تاثیر خصوصیات عملکردی بر روی بازده

عدد رینولدز:

تست عملکرد توربو ماشین ها:

روش تحلیل تست:

روش تست کردن:

اطلاعات عملکردی مورد نیاز:

اندازه گیری های مورد نیاز:

طراحی ابزار و استفاده از آنها:

اندازه گیری فشار کل:

اندازه گیری های فشار استاتیک:

اندازه گیری های درجه حرارت کل:

بررسی های شعاعی:

Rakeهای دنباله:

سرعتهای چرخ روتور:

اندازه گیریهای گشتاور:

اندازه گیریهای نرخ جریان جرم:

اندازه گیریهای دینامیکی:

شرایط محیطی:

سخت افزار تست:

ملاحظات طراحی وسایل:

نیازهای وسایل:

ابزارآلات بازده:

اندازه گیریهای فشار

اندازه گیریهای دما:

اندازه گیریهای زاویه جریان

روشهای تست و جمع آوری اطلاعات

پیش آزمون:

فعالیتهای روزانه قبل از آزمون:

در طی آزمون:

روشهای آزمون:

ارائه اطلاعات:

تحلیل و کاهش اطلاعات:

دبی اصلاح شده:

سرعت اصلاح شده:

پارامترهای بازده:

ارائه اطلاعات:

نقشه های کارایی:

مشخص کردن حاشیه استال (stall margin)

مراجع

 مدلسازی جریان برای پروسس طراحی ابتدایی

 مدلسازی جریان برای پروسس طراحی جزء به جزء

قابلیتهای حیاتی برای تجهیزات آنالیز جریان در توربو ماشینها.

 مدلسازی فیزیک جریان

 معادلات حاکم و شرایط مرزی

 مدلسازی اغتشاش و انتقال:

 تحلیل ناپایداری و اثر متقابل ردیف پره ها:

  مدل سازی هندسی :

 عملکرد ابزار تحلیلی: