مطالعه عددی پارامتر‌های عملکردی کمپرسور شعاعی توسعه یافته به کمک یک الگوریتم کلاسیک یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2024.14264.3844

چکیده

در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجهی در پژوهش‌های مربوط به توربو‌ماشین صورت‌گرفته است. امروزه باتوجه به اهمیت ‌بهینه سازی و‌یافتن مدل بهینه، مولفه‌های ‌اقتصادی وکاهش وزن سازه درهر مرحله ازکمپرسورها موردتوجه‌است. باتوجه به کاربرد این وسایل درموتور‌های هوایی، پرخوران موتورهای دیزل و ‌معمولی و استفاده در پتروپالایشگاه‌ها می‌توان ازاهمیت آن برشمرد. به دلیل تجاری بودن این‌ داده‌ها، مطالعات پژوهشی این حوزه کمتر به وضوح دیده ‌می‌شود. رویکرد پژوهش حاضرکاهش تعداد پره های یک کمپرسور و جبران این کاهش با تغییر در زوایای پره با کمک یک الگوریتم یادگیری ماشین کلاسیک، صورت گرفته است. درمرحله بعدتحلیل جریان درهندسه جدید بانرم ‌افزار انسیس‎ سی ‌اف ایکس، که مبتنی برروش عددی المان محدود است، بررسی شده است. درحقیقت با این کار به نوعی صحت سنجی پرداخته شده است. درراستای این پژوهش اثر تغییر تعداد پره بر پارامترهای عملکردی مثل آنتروپی و نسبت فشار ارزیابی شد. مشاهده شدکه می‌توان با کاهش تعداد پره که موجب کاهش 5 درصدی نسبت فشار، وزن سازه را کاهش داد. ضمن این پژوهش ثابت شد که الگوریتم های کلاسیک یادگیری ماشین همچنان قابلیت رقابت با الگوریتم های پیشرفته تر را دارد. برای مدل سازی توربولانس هم، مدل k-ε sst استفاده شده است. از این مدل به منظور مشاهده دقیق برگشت جریان در جریان پایین دست کمپرسور، استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] AndreaMeroni, Benjamin Zühls dorf, Brian Elmegaard, Fredrik Haglind (2018), Design of centrifugal compressors for heat pump systems, Applied Energy,Volume 232.
 [2]Tang,Q.,Wu,H.Li,J.etal.(2022),Performanc optimization of Centrifugal Compressors Based on  Throughflow Model. Arab J Sci Eng 47,16439–16450.
]3 [رخشان، رضوان ومددی، علی وبرومند، مسعود (1401)، شبیه سازی و‌مقیاس کردن کمپرسورگریز از مرکز توربوشارژر یک موتوراحتراق داخلی رقیق سوز با روش بازطراحی یک بعدی و سه بعدی و ایجاد اصلاحات هندسی در‌پروانه. مجله تحقیقات موتور، تهران.
 [4] Jianting Sun, Zhitao Zuo,Qi Liang,Xuehui Zhang, Huan Guo, Haisheng Chen. (2022), Theoretical and experimental study on effects of wet compression on centrifugal compressor performance,Applied Thermal Engineering,Volume 212.
]5 [عباسی, ثارالله‌و بغدادی محمد (1400)، بررسی عملکرد  کمپرسور گریز از مرکز در نقاط واماندگی،  کارکرد و خفگی. بیست و نهمین همایش سالانه بین المللی انجمن مهندسان مکانیک ایران و هشتمین همایش صنعت نیروگاه‌های حرارتی، تهران.
 [6] Li,J. ,Yin,Y, Li, S. etal. (2013),Numerical simulation investigation on centrifugal compressor performance of turbocharger.  J Mech Sci Technol 27, 1597–1601.
 [7] Skoch, G. J. (2003). Experimental investigation of centrifugal compressor stabilization techniques. J., 125(9), 704-715.
 [8] Assessment of turbulence model predictions for an aero-engine centrifugal compressor. J. Turbomachinery, 133(1).
 [9] Kulkarni, S., Beach, T. A., & Skoch, G. J. (2013). Computational study of the CC3 impeller and vaneless diffuser experiment. In 49th AIAA/ASME/SAEJ oint Propulsion Conference (p.3631).
 [10] Lin, Yun & Gan, BinLin & Zhuge, Weilin & Zhang,Yangjun. (2013). Effects of Reynolds number on the performance of a high pressure-ratio turbocharger compressor. Science China Technological Sciences. 56. 10.1007/s11431-013-5213-6.
 [11] Kang, Seung-Hwan & Ryu, Changkook & Ko, Han.(2016). Analysis of performance for centrifugal steam compressor. J. Mech. Sci.Tech.. 30. 5521-5527. 10.1007/s12206-016-1120-7.
 
[12] Li, Jie & Yin, Yuting & Li, Shuqi & Zhang, Jizhong.
(2013). Numerical simulation investigation on  centrifugal compressor performance of turbocharger. J. Mech. Sci. Tech. 27. 10.1007/s12206-013-0405-3.
[13] Larosiliere, L., Skoch, G., Prahst, P., Larosiliere, L.,  Skoch, G., & Prahst, P. (1997, July). Aerodynamic synthesis of a centrifugal impeller using CFD and measurements. In 33rd Joint Propulsion Conference and Exhibit (p. 2878).
[14] Skoch, G. J. (2003). Experimental investigation of  centrifugal compressor stabilization techniques. J. Turbomach., 125(4), 704-713.
[15] Skoch, G. J. (2005). Experimental investigation of Diffuser hub injection to improve centrifugal compressor stability. J. Turbomach., 127(1), 107-117.
[16] Ni, R. H., & Fan, G. (2009). CFD Simulation of a High-Speed Centrifugal Compressor Using Code Leo  and Code Wand. Aerodynamic Solutions, Inc., Pleasanton, CA, Technical Report
[17] Di Song, Junxian Shen, Tianchi Ma, Feiyun Xu.(2023),Multi-objective acoustic sensor placement optimization for crack detection of compressor blade based on reinforcement learning, Mechanical Systems and Signal Processing,Volume 197, 110350,ISSN 0888-3270.
[18] Python Scikit learn lib.,https://scikit-learn.org/stable
[19] Ansys(2020) version R2,Turbomachinery module.
[20] Principles of Turbomachinery;Seppo A.Korpela, 2nd Edition.
[21] Yunus A Cengel ,Michael A Boles, Thermodynamics An Engineering Approach edition 8.
[22] Mohebbi, Ali & Mirzaei, Maryam. (2017). Turbulent Flows by Stephen B. Pope translated to Persian(Farsi)       
[24] Skoch, G. J., Prahst, P. S., Wernet, M. P., Wood, J. R.,Strazisar,A.J.(1997,March).Laser Anemometermeasur ements of the flow field in a 4: 1pressure ratio centrifugal impeller. In ASME 1997 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection.
[25] CH47, lycoming
[26] Doustmohammadi, Ali & Hajilouy Benisi, Ali &          Mojaddam, Mohammad.(2013), Experimental and  Numerical Investigation of Losses in Centrifugal Compressor Components. Proceedings of the ASME   Turbo Expo.6.10.1115/GT2013-95500.
[27] J. Skoch Propulsion DirectorateU. S. Amy Aviation          Research and Technology Activity-A VSCOM Lewis           Research CenterCleveland, Ohio and etc. (1987),          Performance of Two10-lb/sec          Centrifugal:Compressors With Different Blade and          Shroud Thicknesses Operating Over a Rage of          Reynolds Numbers. NASA Technical Memorandum         100 1 15 AIAA-87- I745REPORTGary.