طراحي و تحليل محفظه حلزوني سه بعدي بدون پره مربوط به توربين جريان شعاعي

Design and Analysis of Vaneless 3D Volutes for Radial Inflow Turbines

در اين مقاله، ابتدا كد كامپيوتري براي طراحي يك‌بعدي محفظه حلزوني بدون پره مربوط به توربين جريان شعاعي توسعه داده مي‌شود. مبناي روش طراحي، مقدار عدد ماخ مطلق و جهت جريان ورودي به روتور است. در اين روش، حل معادلات يك‌بعدي جريان سيال تراكم‌پذير با در نظر گرفتن تلفات جريان صورت مي‌پذيرد. براي مدلسازي جريان چرخشي سيال درون حلزوني بدون پره از معادلات جريان گردابه آزاد استفاده شده است به طوري كه روابط تجربي مربوط به تلفات ممنتوم زاويه‌اي، تلفات انرژي و انحراف جريان چرخشي نيز در معادلات لحاظ شده‌اند. در مرحله بعد، حلزوني با استفاده از كد كامپيوتري توليد مي‌شود. سپس، هندسه حلزوني طراحي شده بصورت سه‌بعدي مدل شده و پس از شبكه‌بندي، جريان داخل آن به صورت سه‌بعدي، تراكم‌پذير و لزج، تحليل عددي مي‌شود. در انتها، نتايج حاصل از حل عددي جريان با مقادير اوليه طراحي مقايسه مي‌گردد. اين مقايسه صحت عملكرد روش طراحي يك‌بعدي را تاييد مي‌كند.

In this paper, at first a computer code was developed to design a one-dimensional vaneless volute related to radial inflow turbine. Absolute mach number and direction of the rotor inlet flow are the bases of the design method. In this method, the one-dimensional compressible flow equations are solved considering dissipation of the fluid flow. Free vortex flow equations were used to model (simulate) rotational fluid flow inside vaneless volute, using experimental (correlation) relations of angular momentum dissipation, energy dissipation, and deviation of rotational flow. In the next step, the volute is generated using the computersʹ code. Then, the volute geometry was modeled three-dimensionally and after mesh generation, the inside flow is analyzed numerically in three-dimensional, compressible and viscous flow. At the end, the numerical results were compared to the initial design values. The comparison showed the validation of the design method.