شبيه سازي عددي و بررسي انتقال حرارت اختلاط جريان در ميكسر كنگره دار يك موتورتوربوفن

Numerical Simulation and Survey of Heat Transfer Flow Mixing in a Lobed Mixer of a Turbofan Engine

ميكسر يكي از اجزاء موتورهاي توربوفن مي باشد كه به منظور اختلاط جريان‌هاي هواي سرد كنارگذر با جريان هواي گرم هسته مركزي بكار مي رود. در اين پژوهش، جريان‌هاي عبوري از ميكسر كنگره دار يك موتور توربوفن با كنار گذر بالا شبيه سازي شده است. معادلات ناويراستوكس به صورت سه بعدي و پايا و جريان به صورت تراكم پذير و مغشوش در نظر گرفته شده است. در ابتدا، روش شبيه سازي، اعتبارسنجي شده، سپس پديده هاي انتقال حرارت و اختلاط جريان هاي سرد و گرم دركنگره هاي ميكسر موتور توربوفن با كنار گذر بالا بررسي شده است. نتايج حاصل از تحقيق نشان مي دهد، كه با افزايش طول اختلاط، نفوذ هواي سرد در هواي گرم به طور منظم(لايه اي) بيشتر مي شود و دماي كل كاهش مي‌يابد. بيشترين اثرگذاري خنك كاري مربوط به اختلاط در كنگره هاي ميكسر مي‌باشد. ميكسر دماي 800 كلوين هواي گرم را با اختلاط به دماي 340 كلوين مي رساند. سرعت محوري هواي گرم قبل از ورود به كنگره ‌ها 210 متربرثانيه و با عبور از كنگره هاي ميكسر با اختلاط جريان ها در ابتدا كاهش، سپس در فاصله كوتاهي از ميكسر درون محفظه بين نازل و جسم مركزي افزايش يافته و در نهايت، با خروج جريان از نازل، دوباره كاهش مي‌يابد. در نهايت، سرعت‌ عرضي توليد شده در عمق كنگره، تاثير زيادي بر اختلاط جريان دارد.

Mixer, a component of turbofan engines is used to mix bypass cold flow with central body hot flow. In this study, the flow passing through the lobed mixer of a high bypass turbofan engine are simulated. First phase of the study was validation of the simulation method. The next phase was assessing the effect of heat transfer and mixing of hot and cold flows in the high bypass turbofan engine mixer. The results show that by raising the mixing length, the admixture of cold and hot flow increases regularly (layered) and the total temperature diminish. Alloy in mixer lobes plays the greatest role in this cooling process. Mixer successfully lowers 800 Kelvin temperature to of 340 Kelvin. The axial velocity of hot flow before entering the lobes is 210 m/s, decrease while passing the mixer lobes, re-boost in a short distance between the nozzle and the central body, eventually decreasing during flow exit. Besides, the transverse velocity generated deep inside the lobes have a substantial role in flow mixing.