طراحي معكوس مجراي خم 90درجه بين ديفيوزر شعاعي و ديفيوزر محوري يك كمپرسور گريز از مركز

Inverse Design of 90-Degree Bend between Radial and Axial Diffuser of a Centrifugal Compressor

در كار حاضر روش طراحي معكوس گلوله-اسپاين بر روي مجراي خم 90 درجه بين ديفيوزر شعاعي و ديفيوزر محوري يك كمپرسور گريز از مركز، در شرايطي كه جريان ورودي به مجراي خم داراي چرخش مي باشد، توسعه يافته است. فرآيند اصلاح هندسه با تركيب الگوريتم طراحي معكوس و تحليل عددي شبه سه بعدي به عنوان حلگر جريان انجام شده است. بدين منظور از نرم افزار انسيس سي اف ايكس به عنوان حلگر شبه سه بعدي استفاده و الگوريتم طراحي معكوس توسط برنامه نويسي در اين نرم افزار اعمال شده است. جهت مشاهده اثر لزجت جريان بر نرخ همگرايي فرايند اصلاح شكل، تحليل جريان به دو صورت لزج و غيرلزج انجام شده و در هر حالت تحليل جريان، طراحي معكوس مجراي خم 90 درجه صورت گرفته است. همچنين اثر سرعت چرخشي بر فرآيند اصلاح هندسه با در نظر گرفتن فشار افزايش يافته به عنوان پارامتر هدف بررسي شده است. قابليت روش گلوله-اسپاين با انتخاب هندسه هاي متفاوت به عنوان حدس اوليه بررسي گرديده است. در پايان به منظور كاهش تلفات در مجراي خم 90 درجه، طراحي آيروديناميكي مجراي خم با روش گلوله-اسپاين انجام شده است. اصلاح هندسه با بهبود توزيع فشار ديواره هاي هندسه موجود و اعمال آن به الگوريتم طراحي معكوس صورت پذيرفته است. نتايج بدست آمده بيانگر سرعت همگرايي بالا و پايداري مطلوب روش گلوله-اسپاين در طراحي مجاري با وجود جريان چرخشي لزج مي باشد. بگونه اي كه ضريب بازيابي فشار مجراي خم 90 درجه 4 درصد افزايش يافته است.

In this research an inverse design algorithm, called ball-spine algorithm (BSA) is developed on a 90-degree bend duct between the radial and axial diffuser of a centrifugal compressor with viscous swirling inflow to bend duct. The shape modification process integrates inverse design algorithm and a quasi-3D analysis code. For this purpose, Ansys CFX software is used as flow solver and inverse design algorithm is written as a code inside it. Shape modification is accomplished for viscous and inviscid flow to check the effect of viscosity on convergence rate. Also, the effect of swirl velocity in shape modification process is investigated by considering increased pressure as the target parameter. The algorithm reliability for swirling flow is verified by choosing different initial geometries. Finally, aerodynamic design of the bend duct with BSA is accomplished to reduce losses in 90-degree bend. Shape modification process is carried out by improving the current wall pressure distribution and applying it to the inverse design algorithm. Results show that convergence rate and stability of BSA are favorable for designing ducts with swirling viscous flow. So the pressure recovery coefficient of the 90-degree bend duct is increased 4%.