تحليل اثر توزيع ضخامت پره بر عملكرد توربين توربوشارژ در حالت پذيرش كامل و جزئي

Analysis of the Blade Thickness Distribution Effects on the Turbocharger Turbine Performance at Full and Partial Admission Condition

پره توربين توربوشارژرها به دليل فشار بسيار بالاي جريان ورودي و همچنين پالسي بودن اين جريان در معرض آسيب و شكست قرار مي-گيرند در توربوماشين هاي جديد كه تمايل به نازك شدن در كنار افزايش بار به دليل افزايش راندمان دارند، احتمال شكست بالاتر مي رود. بنابراين انتخاب توزيع ضخامت بهينه روتور نياز به مطالعه ايرواستاتيكي و ايروديناميكي در شرايط مختلف عملكرد دارد. در اين مطالعه به تحليل برهمكنش سيال-سازه بر روي سطح مشترك پره و سيال با تلفيق كردن ابزارهاي شبيه سازي ديناميك سيالات محاسباتي و طراحي سازه اي توسط يك مدل كوپل شده يكپارچه بر اساس فرمول هاي المان محدود در نرم افزار انسيس بر روي پره توربين توربوشارژر با ورودي دوگانه به منظور شناخت نيروي وارده از طرف سيال به پره و رفتار سازه براي سه توربين مختلف كه تنها در توزيع ضخامت پره روتور متفاوت مي باشند در شرايط تغذيه پذيرش كامل و جزئي پرداخته شده است. صحه گذاري نتايج با داده هاي آزمايشگاهي حاصل از آزمايشگاه توربوشارژر دانشگاه امپريال كالج همخواني خوبي را نشان مي دهد. نتايج چگونگي و علت تغييرات راندمان به دليل تغيير ضخامت بخش هاي گوناگون را شرح مي دهد. پره هاي نازك انتخاب مناسبي براي اين نوع توربوماشين مي باشد ولي در پذيرش جزئي پره-هاي ضخيم عملكرد بهتري دارند.

Turbocharger turbine blade are exposed to damage because of High pressure and Pulsating inlet charge. In recent designed blades, thickness is reduced and loading was increased, these caused the higher probability of blades failiure. Therefore the blades thickness distribution should be defined according to the combination of higher efficiency and higher resistance against failiure. In this paper the Aero static efficiency of the turbin according to different thickness parameters is studied. an‎d the most volnurable area of the bades is identified by the result of the fluid behavior simulation and structural analysis. A 3D CFD model in ANSYS CFX for fluid side, and a FEA model in ANSYS Static Structural module for the blade structural responses were used then the results were coupled. Validation was performed by reference to experimental data. Resuls show that thinner blades are more proper for this kind of turbomachine but in partial admission ticker blades have higher efficiency than thinner blades.