ارزیابی عملکرد پوسته بهبود یافته در یک کمپرسور گذرصوتی محوری

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

دانشگاه کاشان

چکیده

در این مطالعه با استفاده از روش غیرفعال بهبود پوسته کمپرسور، از گردابه های نشتی نوک (که عامل ایجاد پدیده های نامطلوب استال و سرج می باشند) کاسته شده و حاشیه سرج نیز افزایش یافته است. این گردابه ها در نوک روتور باعث انسداد جریان در این ناحیه، ایجاد افت زیاد در روتور، کاهش راندمان و نسبت فشار کمپرسور و ایجاد توزیع سرعت غیر‌یکنواخت در صفحه خروجی می شوند. به منظور صحه گذاری عددی، نتایج کار حاضر با نتایج آزمایشگاهی روتور 37 ناسا مقایسه شده و مطابقت قابل قبولی بین نتایج آزمایشگاهی و عددی حاصل گردیده است. برای بهبود پوسته کمپرسور خاص مورد بررسی در این پژوهش؛از سه حالت شیار محیطی یعنی 100% و 40% و 80% استفاده شده است. شبیه سازی کمپرسور در حالت پایا و با استفاده از مدل توربولانسی SST، توسط نرم افزار انسیس14 انجام شده و نتایج بدست آمده با نتایج پوسته بهبود نیافته مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد که در حالت 80% ، بیشترین حاشیه استال( 2/6 درصد) و کمترین میزان افت راندمان 4/0- بدست می آید. در این حالت می توان با افزایش عمق شیار، حاشیه استال را به 1/9 درصد و افت راندمان را به 67/0- تغییر داد. همچنین در این حالت با کاهش عرض شیار، حاشیه استال به 1/5 درصد کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] S. Niazi Numerical simulation of Rotating Stall and Surge Alleviation in Axial Compressors. Thesis for the Degree of Philosophy in Aerospce Engineering , pp. 12-30, Georgia Institute of Technology, 2000.

[2] M.D.Hathaway PassiveEndwallTreatmentsfor Enhancing Stability. TNASA /TM-2007-214409, 2007.

[3] H. Tsukuda,Y. Takata Stall Margin Improvement by Casing Treatment-Its a Mechanism and

Effectiveness. ASME Journal of Engeneering for power, pp. 121-133,Jan. 1977.

[4] A.R.Azimian,R.L.ElderandA.B.Mckenzie Application of Recess Vaned Casing Treatment to Axial Flow Fans. ASME Journal of Turbomachinery, vol. 112, pp. 145-150, January 1990.

[5] A.J.Crook, E.M.Greizer, C.S. Adamczyk Numerical Simulation Of Compressor Endwall and Casing Treatment Flow Phenomena . ASME Journal of Turbomachinery , vol. 115, pp. 501512, July 1993.

[6] I. Wilke,H.P. Kau A Numerical Investigation of the Influence of Casing Treatment on the Tip LeakageflowinaHPCFrontStage. Proceedings of ASME TurboExpo,Amesterdam, the Netherlands, June3-6, 2002.

[7] I. Wilke, H.P. Kau A Numerical Investigation of the flow Mechanisms in a High Pressure Compressor Front Stage With Axial Slots . ASME Journal of Turbomachinery. vol. 126, pp. 339349, July 2004.

[8] N. Gourdain,F. Leboeuf “Unsteady Simulation of an Axial Compressor Stage With Casing and Blade Passive Treatments” . Journal of Turbomachinery, 138.63.213.154, 03 Aug 2011.

 [9] G. Legras, N. Gourdain, I. Trebinjac Numerical analysisofthetipleakageflowfieldinatransonic axialcompressorwithcircumfrentialcasingtreatment . Journal of Thermal Science Springer, vol. 19, No.3 , pp. 198-205, 2010.

[10] T. Houghton and I. Day Enhancing the Stability of Subsonic Compressors Using Casing Grooves, ASME Journal of Turbomachinery. Vol. 133, April 2011.

[11] G.Legras,I.Trebinjac,N.Gourdain ANovelApproach to Evaluate the Benefits of Casing TreatmentinAxialCompressor. InternationalJournal of Rotating Machinery, April 2012

. [12] X. Qing Qiang, M. MinZhu, J. Fang Teng Effect of Circumferential Grooves Casing Treatment on TipLeakageFlowandLossinaTransonicMixedFlow Compressor. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, pp. 903-913, warsaw 2013.

[13] P. Usha Sri, J. Deepthi Krishna Computational Analyasis of Centrifugal Compressor with Grooves on Casing. International Journal of Mechanical Engineering and Technology, vol. 6, Issue 2 , pp. 01-09, February 2015.

 [14] Brandstetter, J. A. Streit, F. Wartzek, F. Heinichen,H.-P.Schiffer AnAdvanced Axial-Slot Casing Treatment on a Tip-Critical Transonic Compressor Rotor. 10th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics,Lappeenranta,Finland,ETC10,April 15-19, 2013.

[15] TaoYI,FangXIE,De-JunLIU,Tian-YeJIAnalysisofCircumferentialGrooveCasingTreatmenton Axial Compressor . Proceedings of the 3rd International Conference on Material Engineering and Application (ICMEA 2016)

 [16] M.Lejon Simulation and Optimization of an Axial Compressor Considering Tip Clearance Flow . Thesis for degree of Licentiate of Engineering in Thermo and Fluid Dynamics, Department of AppliedMechanics,DivisionofFluidDynamics, ChalmersUniversityofTechnology,Gothenburg, Sweden 2016.

[17] H. Kuang, S. Wuli Chu, H. Zhang and S. Ma Flow Mechanism for Stall Margin Improvement via Axial Slot Casing Treatment on a Transonic AxialCompressor. JournalofAppliedFluidMechanics, Vol. 10, No. 2, pp. 703-712, 2017.

 [18] R. S. Simonyi, R. J. Roelke, R. G. Stabe, B. C. Nowlin, and D. DiCicco Aerodynamic Evaluation of Two Compact Radial Inflow Turbine Rotors,NASA Lewis Research Center. 1995.

 [19] L. Reid, RD.Moore Design and overall performance of four highly-loaded. high-speed inlet stages for an advanced high-pressure-ratio core compressor, NASA TP 1337, 1978.

[20] AGARD CFD validation for propulsion system components. Agard-AR-355, France, May 1998.

[21] J. Hyuk Kim, K. Jin Choi, K. Yong Kim Optimimization Of A Transonic Axial Compressor Considering Interaction Of Blade and Casing Treatment to Improve Operating Stability, Proceedings of ASME Turbo Expo, Vancouver. British Columbia, Canada, June 6-10, 2011.

[22] K.Yamada,K.Funazaki,M.FurukawaTheBehavior of Tip Flow at Near-Stall Condition in a Transonic Axial Compressor Rotor,Proceedings of GT2007. ASME Turbo Expo 2007, Montreal, Canada, May 14-17, 2007.