ارزيابي عددي اثر استفاده از عملگرهاي پلاسمايي بر عملكرد يك روتور كمپرسور محوري سرعت پايين در معرض انسداد جريان چرخشي

Numerical evaluation of the effect of using plasma actuators on the performance of low speed axial compressor rotor subjected to swirl inlet distortion

در اين مطالعه به شبيه‌سازي عددي اثرات نامطلوب انسداد جريان چرخشي در يك روتور كمپرسور محوري سرعت پايين و تاثير اعمال عملگرهاي پلاسمايي به عنوان يك روش كنترل فعال در كاهش اين ناپايداري‌هاي جريان، پرداخته شده است. در ابتدا، اثر انسداد جريان چرخشي تحت زاويه 5± و 10± درجه، هم جهت و خلاف جهت دوران روتور، بر عملكرد روتور مورد ارزيابي قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از شبيه‌سازي اثرات ديناميك سيالاتي عملگرهاي پلاسمايي، تاثير اين روش در كاهش اثرات نامطلوب اين نوع از انسداد جريان ارائه شده است. وجود انسداد جريان چرخشي هم جهت با جهت دوران روتور موجب كاهش ضريب افزايش فشار روتور مي‌گردد و اين در حالي است كه جريان چرخشي خلاف جهت دوران روتور با كاهش حاشيه واماندگي همراه بوده است. اعمال عملگرهاي پلاسمايي با اصلاح زاويه جريان ورودي به پره، موجبات كنترل جريان و افزايش حاشيه واماندگي را به همراه دارند. در شرايط انسداد جريان خلاف جهت دوران روتور به ميزان 5 درجه، عملگرهاي پلاسمايي علاوه بر جبران اثرات نامطلوب انسداد جريان، موجب افزايش حاشيه واماندگي به ميزان 1/3درصد شده است.

This paper investigated a numerical simulation of the undesirable effects of swirl inlet distortion on a low-speed axial compressor rotor and the effect of plasma actuators as an active flow control method on reducing these flow instabilities. Initially, the effect of co and counter-rotating inlet swirl distortion at angles of ±5 and ±10° on the rotor's performance and efficiency was evaluated. Then, using simulations of plasma actuators' fluid dynamics effects, the effect of this method on mitigating the destructive effects of this type of bulk swirl distortion was examined. Co-rotation swirl distortion reduces the rotor's total pressure rise coefficient, whereas counter-rotation swirl distortion reduces the stall margin. Applying plasma actuators by modifying the rotor inlet flow angle, leading to stall margin improvement. Furthermore, in the 5 degree counter rotation swirl distortion case, plasma actuators, in addition to compensating the adverse effects of swirl distortion, increased the stall margin by 1.3%.