روشي نوين در طراحي معكوس مبتني بر گلوله- اسپاين براي مجاري متقارن محوري با كاربرد در توربين هاي گازي

A New Method in Inverse Design, Based on Ball-Spine for Axisymmetric Ducts with Application in Gas Turbines

در اين تحقيق يك روش جديد براي طراحي معكوس مجاري تقارن محوري ارايه شده است. اين روش كه جز روش هاي تكراري است، با يك حدس اوليه براي هندسه مجرا شروع شده و تا رسيدن به هندسه مطلوب، پس از هر مرحله حل عددي جريان، يك اصلاح شكل براي رسيدن به توزيع فشار مطلوب صورت مي گيرد. تغيير شكل مجرا توسط يك الگوريتم جديد بنام گلوله-اسپاين انجام مي شود كه در اين تحقيق معرفي و توسعه داده مي شود. در اين الگوريتم، ديواره مجرا با گلوله هاي فرضي جايگزين مي شود كه به صورت آزادانه مي توانند در راستاهاي مشخصي به نام اسپاين حركت كنند. در هر مرحله تغيير شكل مجرا، معادلات اويلر روي صفحه تقارن محوري مجرا حل مي شود. نرخ همگرايي بالا و امكان تركيب آسان و سريع اين الگوريتم با هر كد تحليل جريان را مي توان از مزاياي اصلي اين روش بيان كرد. با اصلاح توزيع فشار روي ديواره هاي داخلي و خارجي يك نازل حلقوي، به عنوان يك مورد عملي، از اين روش براي اصلاح شكل هندسي آن استفاده مي شود. با استفاده از اين روش در نازل توربين گاز يك موتور جت، ضريب پيشرانش حدود 2 درصد و نيروي پيشرانش حدود 7 درصد بهبود يافته است.

In this study, a novel inverse design method is introduced for axisymmetric ducts in subsonic regimes. This method is an indirect one and starts with an initial guess. In this algorithm, the duct walls are simulated by hypothetical balls moving freely in specified directions, called spines. The advantages of this shape modification algorithm are high convergence rate and performing as a black box. Thus, the algorithm can easily be combined with any efficient flow solver. Based on this algorithm, the final nozzle propulsive force is increased about 7%.