بررسي عددي تاثير نوع پروفيل پره بر عملكرد توربين گازي فراصوت در شرايط پذيرش جزيي

Numerical Investigation of Effect of Blade Profile on the Supersonic Gas-Turbine’s Performance under the Partial- Admission Conditions

توربين هاي فراصوت كاربرد گسترده اي در صنايع مختلف و سامانه هاي توليد توان از جمله توربين هاي گازي، پيش رانش فضايي، صنايع حمل و نقل سنگين و غيره دارند. به طور كلي اين توربين ها زماني به كار مي روند كه با وجود دبي جرمي اندك به كار ويژه زيادي نياز باشد. مي توان در اين توربين ها با استفاده از پره هاي فراصوت ضربه اي كار ويژه بالايي به دست آورد. با وجود دبي جرمي اندك، ارتفاع پره ها و در نتيجه نسبت منظري كوچك است. به منظور كاهش افت هاي مرتبط با نسبت منظري كم اين توربين ها در شرايط پذيرش جزيي به كار مي روند؛ يعني جريان سيال فقط از بخشي از ورودي روتور تزريق مي شود. ميزان درجه پذيرش جزيي و نوع پروفيل پره ضربه اي از جمله عوامل موثر بر عملكرد اين نوع توربين است. هدف كار حاضر بررسي تاثير انواع پروفيل هاي پره ضربه اي فراصوت بر عملكرد توربين است. در اين كار ابتدا يك كد طراحي مقدماتي و پيش بيني عملكرد توربين توسعه داده شده و نتايج آن با آزمايش هاي تجربي ارزيابي شده است. براساس محاسبات كد طراحي، تعدادي پروفيل دوبعدي با استفاده از روش هاي مختلف طراحي پروفيل توليد و به صورت عددي تحليل و ارزيابي شده اند. سپس، پروفيل هايي كه نسبت به مدل اوليه عملكرد بهتري داشته اند در تحليل عددي سه بعدي مورد مطالعه قرار گرفته اند. در اين كار مشاهده شد كه پارامترهاي عملكردي مانند بازده، توان و گشتاور توربين در بهترين مدل انتخاب شده نسبت به مدل اوليه هركدام بيش از 8% افزايش داشته اند. افت فشار سكون نيز حدود 12% كمتر از مدل اوليه است و تحليل كلي نتايج نشان دهنده كارآيي برتر پروفيل منتخب است.

The supersonic turbines are widely used in various industries and power generation systems, including gas turbines, space propulsion, heavy transport industries, and etc. In general, these turbines are used when a high specific work with a low fluid Mass flow is needed. It is possible to extract a high specific work from small height supersonic impulse blades in these turbines. To prevent losses due to the low blades aspect ratio, the turbine is used in partial-admission conditions; so that, the fluid flow is only fed from a part of the rotor. The degree of partialadmission and the type of blade profile are important factors that have significant effects on the turbine performance. The aim of this work is to design and investigate the effects of various types of impulse blade profiles on the turbine’s performance. A preliminary design code is developed in order to predict turbine performance. These results are evaluated using the experimental results. In the next step, using the calculation of design code, two-dimensional profiles are created using different design methods and numerically analyzed. Finally, the profiles that were better than the original model were studied by 3D numerical analysis. It was found that the performance parameters such as efficiency, power, and torque are increased by more than 8% in the selected best model, in comparison with the original model. Moreover, the total pressure loss is 12% decreased for the selected model. In general, the results show that the selected profile would have a superior performance.