بررسي عملكرد مدل‌هاي مختلف اغتشاشي در تعيين توزيع فشار بر روي سطح يك پره با زاويه چرخش زياد

Investigation of Different Turbulence Models Performance on High-turning Turbine Blade Loading Calculations

در اين تحقيق، عملكرد مدل‌هاي مختلف جريان مغشوش براي شبيه سازي جريان سيال در پره استاتور توربين مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور جريان سيال تراكم‌ناپذير در پره‌ استاتور يك توربين با چرخش زياد و رينولدز 105×23/2 به وسيله نرم‌افزار محاسباتي فلوينت (Fluent) شبيه سازي عددي شده است. در اين شبيه سازي، معادلات ناوير- استوكس با روش حجم محدود روي شبكه محاسباتي تركيبي (Hybrid) گسسته شده است. مدل‌هاي مختلف اغتشاشي مورد بررسي قرار گرفته عبارتند از مدل تك معادله‌اي Spalart-Allmaras، مدل‌هاي دو معادله‌اي Standard k- ?، Realizable k- ?، RNG k- ? و SST k-? و مدل پنج معادله‌اي تنش رينولدز (RSM). عملكرد مدل‌هاي مختلف جريان مغشوش با مقايسه ضريب فشار بدست آمده از حل‌هاي عددي با نتايج آزمايشگاهي در 4 ناحيه مختلف پره استاتور انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه دقت يك مدل اغتشاشي در پيش بيني ضريب فشار در نواحي مختلف پره استاتور يكسان نمي‌باشد. اگرچه عملكرد مدل‌هاي مختلف در نواحي مختلف جريان متفاوت است، تمامي مدل‌ها در پيش بيني ضريب فشار در نواحي گراديان بالاي سرعت از دقت كمتري برخوردارند. با مقايسه عملكرد مدل‌ها در تمامي نواحي مختلف پره استاتور، بهترين توافق بين جواب‌هاي شبيه سازي و نتايج آزمايشگاهي در دو مدل اغتشاشي SST و RSM مشاهده شد.

In this research, the performances of different turbulence models for simulating flow field in turbine stator have been numerically investigated. To this end, incompressible fluid flow around a high-turning stator blade in Reynolds 2.23×105 has been simulated using FLUENT CFD software. Navier-Stokes equation is discretized on a Hybrid computational grid based on the finite volume approach. Considered turbulence models in this research are “Spalart-Allmaras”, “Standard k-?”, “Realizable k-?”, “RNG k-?” , “SST k-?” and “five-equation Reynolds-Stress Model (RSM)”. The performances of these models are evaluated by comparing the pressure coefficients obtained from numerical simulations with corresponding experimental data at four different stator regions. It has been observed that the ability of a turbulence model to predict flow field is not uniform throughout the stator blade. Moreover, all models show relatively poor performance in flow field regions with intense velocity gradients. Comparing the overall accuracy of different models, SST k-? and RSM turbulence models show the best agreement with the experimental data.