بررسي آثار گاز ديناميكي لبه حمله سه‌بعدي شده در فرآيند ساخت روي الگوي جريان درون روتور توربين پرفشار

Investigation of Gas Dynamic Effects of 3D Leading Edge on a Rotor Flow Field of a High-Pressure Turbine

الگوي جريان درون توربين‌هاي پرفشار به‌شدت تحت تأثير توزيع جريان بالادست است. به‌دليل بالا بودن سطح فشار، ناهمواري‌هاي احتمالي لبه حمله پره‌هاي روتور مي‌تواند گردابه‌هايي را شكل دهد كه موجب جدايش جريان و بروز واماندگي در روتور شود. در كار حاضر تغييرات هندسي ناشي از فرآيند ساخت در لبه حمله پره روتور و آثار آن بر الگوي جريان و عملكرد توربين مطالعه شده است. هدف اصلي اين كار ارائه معيارهاي جديد در پذيرش پره‌هاي توليدي است. به اين منظور، تحليل عددي سه ­بعدي با هدف مشاهده ميدان جريان انجام شده و نتايج حاصل با نتايج تجربي موجود اعتبارسنجي شده است. بر اساس نتايج آماري در توليد پره ­ها، سه نوع تغيير هندسي بر لبه حمله پره روتور اعمال و مورد تحليل واقع شده است. نتايج نشان مي‌دهند، تغييرات ايجادشده در هندسه باعث كاهش نسبت نيروهاي برآ و پساي پره شده است. اين تغييرات زاويه ­هاي حمله و خروجي جريان را تحت تأثير قرار مي ­دهد و موجب كاهش بارگذاري پره و تحريك جريان براي جدايش از سطوح آن مي ­شود. برعكس، در ناحيه­ هايي از پره كه جدايش روي نمي­دهد، توزيع دما يكنواخت­ تر از قبل است.

The flow within a high-pressure turbine is strongly influenced by upstream flow distribution. Due to the high level of pressure, the probable roughnesses of the rotor blade's leading-edge (LE) can form vortices which can cause flow separation and blade stall. In the present work, the geometric changes of the rotor's leading-edge, which have occurred during the manufacturing process, and its influence on the flow field and on the turbine's performance were studied. The main aim of this work is to provide new criteria for acceptance of produced blades. To this end, a three-dimensional numerical analysis with the aim of observation of flow field was conducted and the results were validated with existing experimental results. Based on statistical results of manufactured blades, three types of geometric changes were applied to the blades leading edge and analyzed. The results show that the changes made on geometry, have reduced the ratio of lift over drag. These changes, affect the angle of attack and the out-flow angle, which also reduces the blades loading and lead the flow toward, separation. In contrast, in areas of the blade were separation does not occur, the temperature distribution is more uniform.