بررسي اثر انحرافات هندسي بر عملكرد يك كمپرسور جريان شعاعي به كمك محاسبه ‌عدم‌قطعيت و آناليز حساسيت

Investigation of the Effect of the Geometric Deviations on the Performance of a Radial Flow Compressor Employing Uncertainty Quantification and Sensitivity Analysis

پروانه كمپرسور جريان شعاعي توربوشارژر يكي از مهمترين اجزاي كمپرسور است كه نه تنها بر عملكرد كمپرسور، بلكه بر عملكرد توربوشارژر و موتور احتراق داخلي تاثيرقابل توجهي دارد. مشخصه‌هاي هندسي پروانه ممكن است در طول فرايند توليد يا بر اثر كاركرد بلندمدت، دچار تغييرات اندكي شود و در نتيجه منحني‌هاي عملكردي كمپرسور را دچار انحراف نسبت به شرايط طراحي نمايد. در اين پژوهش با استفاده از آناليز حساسيت كلي، ميزان حساسيت عملكرد نسبت به هر مشخصه هندسي تعيين مي شود و به كمك محاسبات ‌عدم‌قطعيت به روش بازخورد‌ ‌سطح كريگينگ، بازه انحراف عملكرد استخراج شده‌است. بدين منظور در ابتدا، سه دسته بانك‌‌اطلاعاتي با تعداد پروانه‌هاي متفاوت، با مشخصات هندسي منحرف از نمونه‌اصلي ايجاد شده‌است. براي هندسه هاي مختلف، شبيه سازي جريان در پروانه، با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي و به صورت سه بعدي و آشفته انجام‌شده است. يك مدل جايگزين با استفاده از روش كريگينگ براي هر بانك‌داده، طراحي شده تا بتوان ‌عدم‌قطعيت را با سرعت بالاتري محاسبه نمود. نتايج نشان مي دهد كه در 5/95 درصد مواقع، نسبت‌فشار و بازدهي كل به كل و بازدهي كل به استاتيك، به ترتيب به اندازه 1/88، 1/03 و 1/56 درصد حول مقدار پيش‌بيني‌شده نوسان خواهند‌ داشت و شعاع خروجي، حساس‌ترين پارامتر هندسي در پروانه مورد بررسي مي‌باشد.

The impeller of the turbocharger radial flow compressor is one of the most critical components of the compressor, which significantly impacts the compressor s performance and the performance of the turbocharged internal combustion engine. The geometrical characteristics of the impeller may change slightly during the manufacturing process or as a result of long-term operation, resulting in deviations from design performance curves. In this research, the performance sensitivity to each geometric parameter is determined using global sensitivity analysis, and the performance deviation interval is extracted using uncertainty quantification by the Kriging surface response method. For this purpose, initially, three categories of databases with a different number of impellers are created using geometric characteristics deviating from the original sample. For different geometries, the flow simulation in the impeller is performed using computational fluid dynamics in a viscous three-dimensional turbulent solver. A surrogate model which uses the Kriging method for each database to quantify the uncertainty more quickly is utilized. The results show that in 95.5% of cases, the pressure ratio and total to total efficiency and total to static efficiency fluctuate by 1.88%, 1.03%, and 1.56% around the predicted value, respectively. Moreover, the outlet radius is the most sensitive geometric parameter in the impeller.