مدل سازي ناپايداري هاي آيروديناميكي جريان در موتورهاي هوايي

Modeling of Aerodynamic Instabilities in Aero Engines

به­ دليل وجود ناپايداري­ هاي آيروديناميكي، عملكرد مطلوب كمپرسور­ها تنها در ناحيه محدودي اتفاق مي­افتد، لذا دانش بيشتر نسبت به اين ناپايداري­ ها امري ضروري به­نظر مي­رسد. در اين تحقيق، ناپايداري آيروديناميكي كمپرسورها، به روش تحليلي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور از معادلات پايستاري جرم، ممنتوم و انرژي استفاده شده و پس از يك سري فرضيات، با تشكيل ماتريس مربوط به معادلات و بررسي مقادير ويژه آن، تأثير پارامترهاي مؤثر در پايداري آيروديناميكي، مورد ارزيابي قرار مي­گيرد. اين روابط در نرم­ افزار MATLAB، كدنويسي شده است و با اعمال مشخصات هندسي و خصوصيات جريان تأثير پارامترها مهم روي پايداري آيروديناميكي موتور بررسي شده است. با توجه به نتايج به­ دست آمده، مشاهده مي­شود كه اين پديده هنگامي اتفاق مي افتد كه كمپرسور قادر به توليد هد كافي براي غلبه بر مقاومت پايين دست خود نمي باشد و يا بطور ساده تر فشار خروجي توليدي توسط كمپرسور كمتر از فشار پايين دست آن است. در اين حالت، يك حركت رفت و برگشتي (سيكلي) در جريان گاز ايجاد خواهد شد و همين طور ناتوانايي كمپرسور در غلبه بر اغتشاشاتي است كه ممكن است پيرامون نقطه عملكرد آن پديد آيد، كه مي‌تواند با عث ايجاد ناپايداري در آن شود. در ادامه اثرات كاهش جريان جرمي عبوري از كمپرسور، افزايش نسبت طول مجراي بالادست كمپرسور به طول داكت پايين­دست آن، افزايش حجم پلنوم و همچنين افزايش سطح مقطع جريان عبوري از كمپرسور در پايداري سيستم مورد بررسي قرر گرفت. نتايج به­ دست آمده، با نتايج حاصل از مطالعات پيشين مقايسه شده و همسويي خوبي بين نتايج مشاهده شده است.

Due to aerodynamic instabilities, their desired operation takes place in a small and limited range, so knowledge of the instabilities seems to be inevitable. In this article, aerodynamic instability of compressors are investigated analytically. For this purpose, the equations of mass, momentum and energy have been used. After a series of assumptions, the formation of a matrix related to equations and its eigenvalues are calculated, the effect of effective parameters on aerodynamic stability is evaluated. These relationships are coded in MATLAB software and by applying geometric characteristics and flow characteristics on it; the effect of important parameters on the aerodynamic stability of the engine is investigated. According to the results, it can be seen that this phenomenon occurs when the compressor is unable to produce sufficient head to overcome its lower resistance. Or, more simply, the output pressure produced by the compressor is lower than the downstream pressure. In this case, a cyclic motion will be generated in the gas stream, and the compressor's inability to overcome the disturbances that may occur around its operating point, which can cause instability in it .In the following, the effects of decreasing the mass flow through the compressor, increasing the length of the downstream duct length to the length of the lower duct, increasing the plenum volume, and increasing the cross-sectional flow of the compressor in the system stability were investigated. The results are compared with the results of previous studies and have a good correlation between the results.