تأثير شيارهاي محيطي بر عملكرد يك كمپرسور گذر صوتي

Circumferential Casing Treatment in a Transonic Fan

در اين مقاله به مطالعه عددي اصلاح پوسته با كمك شيارهاي محيطي در يك فن گذرصوتي پرداخته شده‌است. چهار شيار محيطي در بالاي يك پره ناسا 67 قرار داده‌شده و شبيه‌سازي‌هاي گذرا از نقطه خفگي تا نزديكي واماندگي صورت گرفته‌است. نتايج نشان مي‌دهد شيارهاي محيطي باعث كاهش زاويه برخورد در لبه حمله پره مي‌شوند. همچنين، شوك و جريان نشتي نوك پره به پايين دست جريان رانده مي‌شوند. شيارها از يك طرف باعث افزايش مومنتوم در جهت جريان مي‌شوند (جريان از پايين دست شيارها وارد و از بالادست آنها خارج و به جريان اصلي تزريق مي‌شود) و از طرف ديگر باعث ايجاد يك مسير جريان بين سطوح فشاري و مكشي در نوك پره (و در نتيجه كاهش اختلاف فشار اين سطوح) مي‌شوند. در پژوهش حاضر مشاهده شد كه در نزديكي نقطه واماندگي، ميدان جريان در شيارها بسيار ناپايا است. نتايج نشان داد كه بيشترين رفتار ناپايا در اولين شيار است كه تغييرات زماني دبي جرمي عبوري از اين شيار در حدود 30 درصد ميانگين زماني دبي جرمي آن است. لذا براي شبيه‌سازي اصلاح پوسته كمپرسور به كمك شيارهاي محيطي بايد از حل ناپايا استفاده كرد و حل دائمي كافي نيست.

This paper reports on a numerical simulation of circumferential groove casing treatment in a high-speed axial fan. Four circumferential grooves of the same geometry are located over the tip of a NASA Rotor-67 and unsteady calculations are performed from choke to near-stall. Results show that circumferential grooves reduce the incidence angle near the pressure surface at the blade leading-edge. Furthermore, the passage shock and the leakage flow are pushed rearward in the passage. It is found that circumferential grooves increase the momentum in the streamwise direction (fluid is absorbed by the grooves from their downstream part and is injected from their upstream section). The grooves also provide a flow path between the suction and pressure surface, leading to a reduction in the pressure difference between them. At the near-stall point the flow field near the grooves was found to be highly unsteady. Maximum unsteadiness was observed in the first upstream groove: the circulated mass flow rate changed as high as roughly 30 percent of its time-averaged value. As a result, in order to simulate circumferential groove casing treatment in compressors, unsteady computations are required.