بررسی تجربی و عددی اثر پوسته شیاردار بر اغتشاشات جریان نشتی نوک در یک کمپرسور محوری

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

در این تحقیق به کاربرد شیار محیطی جهت اصلاح عمکرد کمپرسور و کاهش نوسانات جریان نشتی نوک به صورت تجربی و عددی پرداخته می شود. یک شیار سراسری به عمق 8/1 میلی‌متر در مکانی بین 90% تا 108% اندازه وتر نوک رتور در دیواره داخلی پوسته کمپرسور ایجاد شده است. با استفاده از سنسورهای فشار فرکانس بالا (کولایت)، فشار استاتیک لحظه‌ای در روی پوسته در شرایط عملکردی مختلف کمپرسور اندازه‌گیری می‌گردد. نتایج بدست آمده حکایت از افزایش محدوده عملکردی کمپرسور و همچنین نسبت فشار آن با پوسته شیاردار دارد. بررسی فشار استاتیک گذرا نشان دهنده ناچیز بودن نوسانات جریان در منطقه درز نوک در شرایط طراحی می‌باشد بطوریکه فرکانس عبوری پره به عنوان فرکانس غالب در طیف فرکانسی می‌باشد. در شرایط نزدیک استال نوسانات جریان در پوسته صاف افزایش قابل توجهی دارد. در حالی‌که در پوسته شیاردار نوسانات به طور چشم‌گیری کاهش یافته است. به منظور درک اثر شیار پوسته بر ساختار جریان، تحلیل عددی جریان در شرایط نزدیک استال صورت گرفته است. نتایج تحلیل عددی جریان در پوسته صاف نشان دهنده وقوع ورتکس نشتی نوک قوی در لبه حمله پره، انسداد جریان در این منطقه و برگشت جریان در شرایط نزدیک استال دارد. اما اعمال پوسته اصلاح شده منجر به کاهش انسداد جریان و مضمحل شدن سلول استال می‌گردد. این امر از طریق تضعیف جریان نشتی نوک و ایجاد ورتکس نشتی نوک ضعیف‌تر در میدان جریان حاصل شده که در نهایت کاهش نوسانات، تاخیر در وقوع استال دورانی و در نتیجه افزایش حاشیه استال را به همراه دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Zhang HG, Chu WL (2007) Numerical investigation of the circumferential grooved casing treatment as well as analyzing the mechanism of improve stall margin. in Proceedings of the Fifth International Conference on Fluid Mechanics, Shanghai, China.
[2] Taghavi Zenouz R, Solki E, Afshari H (2014) Computational analysis of stepped tip gap casing effect on performance of a centrifugal compressor. Modares Mechanical Engineering 14(3): 136-144. (In Persian)
[3] Yu Q, Li Q, Li L (2002) The experimental researches on improving operating stability of a single-stage transonic fan. in Proceedings of ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam, Netherlands.
[4] XU W, Wang T, Gu CG (2011) Performance of a centrifugal compressor with holed casing treatment in the large flowrate condition. Science China Technology Science 54(9): 2483-2492.
[5] Legras G, Gourdain N, Trebinjac I (2010) Numerical analysis of the tip leakage flow field in a transonic axial compressor with circumferential casing treatment. J Therm Sci 19(3): 198-205.
[6] Gao P, Zhang Y, Zhang S (2010) Numerical investigation of the different casing treatment in a centrifugal compressor. Asia-Pacific Conference on Wearable Computing Systems, Shenzhen, China 51-54.
[7] Gao P, Zhang S (2010) The analysis of tip flow field in a centrifugal compressor with different circumferential grooves casing treatment. International Conference on Computer and Communication Technologies in Agriculture Engineering, Chengdu, China 21-24.
[8] Hassan AS (2006) Stability of a low-speed centrifugal compressor with casing treatments. aeroelasticity aeroacoustics and unsteady aerodynamics. TORUS Press, Moscow.
[9] Wilke HP, Kau (2002) A numerical investigation of the influence of casing treatments on the tip leakage flow in a HPC front stage. in Proceedings of ASME Turbo Expo, Amsterdam, Netherlands.
[10] Thompson DW, King PI, Robe DC (1998) Experimental Investigation of Stepped Tip Gap Effects on the Performance of a Transonic Axial-Flow Compressor Rotor. J Turbomach 120(3): 477-486.
[11] Qing Y, Qiushi L, Ling L (2002‌) The experimental researches on improving operating stability of a transonic fan. ASME Paper No. 2002-GT-30640.
[12] Rabe DC, Hah C (2002) Application of casing circumferential grooves for improved stall margin in a transonic axial compressor. ASME Paper No. 2002-GT-30641.
[13] Lu X, Zhu J, Chu W (2005) Numerical and experimental investigation of stepped tip gap effects on a subsonic axial-flow compressor. Rotor Proc Inst Mech Eng A 219(8): 605-615.
[14] Shabbir A, Adamczyk JJ (2004) Flow mechanism for stall margin improvement due to circumferential casing grooves on axial compressors. ASME Paper No. 2004-GT-53903, 2004.
[15] Wilcox DC (2006) Turbulence modeling for CFD. DCW Industries Press, La Canada Flintridge, California, USA 124-128