مطالعه‌ي جريان در يك توربين فراصوت خاص و بررسي تاثير تغيير هندسي لبه‌ي پره‌ها بر عملكرد توربين

در اين مقاله، ابتدا به‌‌ ‌منظور شناخت كافي از الگوي جريان درون كانال‌ها و اطراف پره‌هاي ضربه‌اي يك توربين فراصوت، تحليل عددي به‌‌ صورت دوبعدي و سه‌‌بعدي صورت گرفته است. سپس در راستاي بهينه سازي عملكرد توربين، تاثير تيز كردن لبه‌ي پره‌ها در اين توربين مطالعه شده است. با بررسي‌هاي اوليه، نويسندگان دريافتند كه با اصلاح هندسي پره‌هاي اين توربين، مي‌توان عملكرد آن‌را بهبود بخشيد. نتايج عددي و تجربي به‌‌ دست آمده از اين‌كار، نشان مي‌دهد كه تيز كردن لبه‌هاي حمله و فرار پره‌ها باعث اصلاح الگوي جريان و بهبود زمينه‌ي شوك‌هاي ايجاد شده در فضاي بين خروجي نازل و ورودي روتور و فضاي داخل كانال‌هاي پره‌ها مي‌گردد. اين توربين‌ها در سامانه‌ي توربوپمپ موتورهاي ماهواره‌بر استفاده مي‌شود. توربين‌هاي مورد استفاده در اين سامانه‌ها بدون خنك‌‌كاري بوده و جريان عبوري از آن‌ها تراكم‌پذير، فراصوت، با آشفتگي بالاو ميدان جريان پيچيده مي‌باشد. جريان‌هاي آشفته داراي ميدان‌هاي نوساني سرعت متفاوتي هستند. شبيه‌سازي مستقيم نوسانات كوچك با فركانس بالا، در محاسبات عملي مهندسي بسيار پرهزينه مي‌باشد. در كارهاي عددي، مدل‌سازي صحيح و انتخاب مدل آشفتگي مناسب اين جريان‌ها در رسيدن به جواب‌هاي دقيق در مدت زمان مناسب حايز اهميت بوده و مورد توجه پژوهشگران مي‌باشد. دو مدل آشفتگي پيشنهادي در نرم‌افزار FLUENT، يعني مدل‌هاي و براي تحليل عددي اين‌گونه توربوماشين‌ها، مورد توجه قرار گرفته و با استفاده از اين‌دو مدل، شبيه‌سازي عددي صورت گرفته است. هدف از به ‌كارگيري دو مدل در اين تحليل، بررسي نتايج حاصله در جهت انتخاب مناسبترين مدل در تحليل عددي اين نوع توربين براي استفاده در كارهاي آتي مي‌باشد. اندازه‌گيري‌هاي دقيق از خواص متوسط و نوساني از ميدان سرعت، در لايه‌هاي مرزي با انجام يافته و نتايج محاسبات با نتايج موجود از آزمايش‌هاي عملكردي مورد مقايسه واقع شده است.

The present study numerically assesses two and three dimensionally, of the flow pattern inside channels and around impulse blades of a supersonic turbine. Also the effects of edge-sharpening on the aerodynamics of blades have been of concern. Primary studies show that with geometric modification of blades, optimization of the efficiency of turbine is possible. The numerical and experimental results suggest that edge-sharpening modifies flow pattern and improves shock field on the area between nozzle and. Supersonic turbines do not need cooling system and their flow is of compressible, supersonic, highly turbulent and complex flow field type. Turbulence flows may have different oscillating velocity fields. Since these oscillations may be very small and haveing a high frequency, their direct simulation will be too costly in regard to practical engineering computations. In numerical studies, correct simulation and the proper turbulence model selection for these flows are very important in obtaining reliable results in reasonable amount of time. The Two turbulence models, and , have been widely used for the numerical analysis of these turbo machines. The present study also aimed to comparatively assess the two models to determine which one is superior for the simulations of impulse turbines. Accurate measurements of the mean characteristics and oscillating of the velocity field have been carried out in boundary layers with . The results of the computations have been compared to those of the experimental analysis.