مدلسازی میدان جریان و بهبود عملکرد روتور یک توربین محوری با استفاده از روش الحاقی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 استادیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

3 استادیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

4 استادیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

چکیده

در سالهای اخیر، بهینه سازی پارامترهای عملکرد در توربوماشینها یکی از مهمترین موضوعات است که مورد توجه پژوهشگران و محققان صنعتی قرار گرفته است. تاکنون الگوریتمها و روشهای مختلفی برای بهینه سازی آیرودینامیکی پره ها استفاده شده است؛ با این حال پیدایش ابزارهای جدید افقهای جدیدی در این زمینه گشوده است.
پژوهش حاضر، مدلسازی سه‌بعدی جریان آشفته حول پره های روتور یک توربین و بهینه سازی آئرودینامیکی هندسه پره ها است. جریان حول پره ها با استفاده از روش AUSM+ و آشفتگی جریان حول پره ها با به کارگیری روش SST k-ω مدل شده است. عملیات بهینه سازی با استفاده از روش گرادیانی الحاقی انجام شده است. این الگوریتم در پژوهشهای گذشته، به صورت کدهای بهینه سازی برای هندسه های دو بعدی مورد استفاده قرار گرفته است و در این پژوهش برای اولین بار از این روش برای بهینه-سازی پره یک توربوماشین به صورت سه بعدی استفاده شده است.
برای اعتبارسنجی کار، بازده آیزنتروپیک کل به کل روتور (86/73 درصد) در کنار برخی دیگر از پارامترها، انطباق خوبی در مقایسه با مقادیر تجربی نشان میدهد. همچنین این پارامتر به عنوان تابع هدف مسئله بهینه سازی نیز تعریف شده است. با استفاده از بهینه سازی با الگوریتم الحاقی بازده آیزنتروپیک پره در حدود 18/0 درصد بهینه گردیده است که با استناد به کار دیگران و با درنظر گرفتن شرایط مدلسازی و نیز نتایج بهینه سازی با تابع هدف راندمان آیرودینامیکی، نشان از یک فرآیند بهینه سازی قابل قبول برای این روتور است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kammerer S, Mayer J, Stetter H, Paffrath M, Wever U, Jung A (2004) Development of a three-dimensional geometry optimization method for turbomachinery applications. Int J Rotat Machin 10(5): 373-385.

[2] Cho SY, Choi HJ, Kim C (2011) Design of cascade model using an optimization method. IEEE, Asia-Pacific University of Tech. & Innovation, Kuala Lumpur, Malaysia.

[3] Chen L, Chen J (2015) Aerodynamic optimization design of multi-stage turbine using the continuous Adjoint method. Int J Turbo Jet-Engin 32(2): 24.

[4] Montanelli H, Montagnac M, Gallard F (2015)   Gradient span analysis method: application to the multipoint aerodynamic shape optimization of a turbine cascade. J Turbomach 137(9):  091006.

[5] جوادی س م، وحیدی­فر س، مه­پیکر م ر، تیمورتاش ع ر (1385) بهینه­سازی منحنی پره­های توربین با هدف کاهش تلفات و افزایش سرعت خروجی با استفاده از الگوریتم ژنتیک. چهاردهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان 8-1.

[6] صادقی س، حمیدی ح ا (1392) بهینه سازی شکل ایرفویل کسکید توربوماشین­ها به وسیله الگوریتم ژنتیک. هفتمین کنفرانس دانشجویی مهندسی مکانیک، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر 6-1.

[7] ANSYS® Ansys Fluent, Release 15.0, Help    System, Fluent theory guide, ANSYS, Inc.

[8] Tog R, Tousi A (2013) Experimental and numerical investigation of design optimization of a partial admitted supersonic turbine. Propul Power 2: 70-83.

[9] Dixon SL, Hall CA (2014) Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery. 7th edn. Elsevier, Amsterdam.