بررسي تجربي و عددي اثر پوسته شياردار بر اغتشاشات جريان نشتي نوك در يك كمپرسور محوري

Experimental and Numerical Investigation of grooved shroud Effects on Tip Leakage Fluctuation in an axial compressor

در اين تحقيق به كاربرد شيار محيطي جهت اصلاح عمكرد كمپرسور و كاهش نوسانات جريان نشتي نوك به صورت تجربي و عددي پرداخته مي شود. يك شيار سراسري به عمق 8/1 ميلي‌متر در مكاني بين 90% تا 108% اندازه وتر نوك رتور در ديواره داخلي پوسته كمپرسور ايجاد شده است. با استفاده از سنسورهاي فشار فركانس بالا (كولايت)، فشار استاتيك لحظه‌اي در روي پوسته در شرايط عملكردي مختلف كمپرسور اندازه‌گيري مي‌گردد. نتايج بدست آمده حكايت از افزايش محدوده عملكردي كمپرسور و همچنين نسبت فشار آن با پوسته شياردار دارد. بررسي فشار استاتيك گذرا نشان دهنده ناچيز بودن نوسانات جريان در منطقه درز نوك در شرايط طراحي مي‌باشد بطوريكه فركانس عبوري پره به عنوان فركانس غالب در طيف فركانسي مي‌باشد. در شرايط نزديك استال نوسانات جريان در پوسته صاف افزايش قابل توجهي دارد. در حالي‌كه در پوسته شياردار نوسانات به طور چشم‌گيري كاهش يافته است. به منظور درك اثر شيار پوسته بر ساختار جريان، تحليل عددي جريان در شرايط نزديك استال صورت گرفته است. نتايج تحليل عددي جريان در پوسته صاف نشان دهنده وقوع ورتكس نشتي نوك قوي در لبه حمله پره، انسداد جريان در اين منطقه و برگشت جريان در شرايط نزديك استال دارد. اما اعمال پوسته اصلاح شده منجر به كاهش انسداد جريان و مضمحل شدن سلول استال مي‌گردد. اين امر از طريق تضعيف جريان نشتي نوك و ايجاد ورتكس نشتي نوك ضعيف‌تر در ميدان جريان حاصل شده كه در نهايت كاهش نوسانات، تاخير در وقوع استال دوراني و در نتيجه افزايش حاشيه استال را به همراه دارد.

In this paper the effect of the casing treatment on suppression of rotating stall in an isolated axial compressor rotor blade row has been experimentally investigated. The continuous grooved casing treatment, covering the whole compressor circumference, is of 1.8 mm in depth located between 90% and 108% of the blade tip chord measured from its leading edge. Measurements of unsteady pressure in compressor’s casing as a stall precursor have been made using high frequency responce pressure Kulite sensors positioned in properly pressure taps. Results obtained from these latter measurements together with signal frequency analyses, provides the description of the stall process and consequent flow induced fluctuations and also stall alleviation due to casing treatment. The results show that casing treatment has augmented the loading coefficient, indicating improvement in the blade row performance. Hence, stepped tip gap extends the stable operating range of compressor and delays the occurrence of stall phenomenon. Results of the present research, show that by using stepped tip gap, stall margin of the proposed compressor was improved by 6%. Numerical results show that the Casing treatment causes flow blockages to reduce due to alleviation of backflow regions. Eventually, it can be concluded that the casing treatment of the circumferential groove type could increase the stall margin of the compressor.