بررسي عددي اثر اعمال روش كنترل غيرفعال از طريق تغيير هندسه نوك پره بر عملكرد كلي توربين محوري

Numerical Simulation of the effect of passive control method by changing tip geometry on the performance of the axial turbine

جريان نشتي نوك پره توربين يكي از عوامل موثر بر كاهش راندمان و عملكرد توربين‌هاي محوري است كه مي‌تواند موجب تخريب پره‌هاي توربين نيز گردد. لذا شناسايي و كنترل جريان نشتي نوك از اهميت زيادي برخوردار است. در مقاله حاضر به بررسي اثر اندازه درز نوك و اعمال تغيير در شكل نوك پره به عنوان يك روش كنترلي غيرفعال بر ساختار جريان نشتي نوك و عملكرد كلي توربين پرداخته مي‌شود. بدين منظور، تحليل عددي جريان در يك توربين محوري دو طبقه با استفاده از نرم افزار سي اف ايكس انجام مي‌گردد. به منظور اطمينان از صحت نتايج حاصله، منحني‌هاي عملكرد توربين با نتايج تجربي مقايسه و تطابق خوبي مشاهده گرديد. با در نظر گرفتن چهار درز نوك مختلف (از %0.5 تا %3 اسپن پره)، منحني‌هاي عملكرد توربين مورد بررسي قرار مي‌گيرند. مشخص مي‌گردد كه افزايش اندازه درز نوك منجر به كاهش راندمان و افزايش افتهاي موجود در توربين محوري مي‌گردد. در ادامه به بررسي اعمال روش كنترلي غيرفعال (در دوازده حالت مختلف) از طريق تغيير شكل هندسه نوك پره به نحوي كه اندازه درز نوك از لبه حمله تا فرار به صورت متغيرمي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهند كه با تغيير شكل هندسي نوك پره، جريان نشتي نوك و بالتبع ورتكس‌هاي ايجاد شده تضعيف مي‌گردند كه اين امر منجر به كاهش ضريب افت رتور مي‌گردد. مشاهده كانتورهاي جريان از ايجاد دماي كمتر در منطقه نوك پره به واسطه ايجاد جريان نشتي نوك ضعيف‌تر خبر مي‌دهد كه اين امر به خنك‌كاري پره‌هاي توربين كمك مي‌كند.

Turbine tip leakage flow is one of the effective factors in reducing the efficiency and performance of axial turbines, which can also destroy turbine blades. Accordingly, it is important to identify and control the tip leakage flow. In this paper, we investigate the effect of tip clearance sizes and changes in tip shape as a passive control method on tip structure and total turbine flow performance. For this purpose, the flow loss in a two-stage axial turbine is performed using the CFX software. In order to ensure the accuracy of the results, the turbine performance curves were compared with the experimental results which good consistency have been observed. Considering the four cases for tip clearance size, the turbine performance curves and resulting pressure loss have been investigated. It was found that increasing the tip clearance size leads to reduced efficiency and increased losses in the axial turbine. In the following, we examine the application of the passive control method through the change of the tip geometry. In this regard, the shape of the blade tip is somehow considered that the tip clearance size is variable from leading edge to trailing edge. The results show that in these cases, tip leakage flow and the resulting vertices are weakened, which leads to a decrease in the rotor loss coefficient. Observing the flow contours results in lower temperatures in the blade region due to the formation of a weaker tipping leak flow, which helps cool the turbine blades.