مطالعه پارامتري و بهبود عملكرد پروانه كمپرسور گريز از مركز

Parametric Study & Performance Improvement of Centrifugal Compressor Impeller of a Turbo-Shaft Engine Using 3D Numerical Simulation

در اين پژوهش، پروانه كمپرسور گريز از مركز متعلق به يك موتور توربوشفت مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي اين منظور، ابتدا مشخصات هندسي آن به طور دقيق اندازه‌گيري شده و سپس در محيط توليد پره‌ي نرم‌افزار انسيس مدل‌سازي سه بعدي صورت مي گيرد. سپس هندسه توليد شده در بخش توليدمش، شبكه‌بندي شده و با اعمال شرايط مرزي موجود از عملكرد موتور، در محيط سي‌اف‌ايكسمورد بررسي و تحليل عددي قرار مي‌گيرد. نتايج به دست آمده از اين تحليل عددي به صورت منحني‌هاي نسبت فشار و بازده كمپرسور به ازاي دبي هايجرمي‌ مختلف ارايه مي‌گردند. پس از بررسي استقلال حل عددي از شبكه توليد شده، به بررسي تاثير برخي از پارامترهاي هندسي موثر بر عملكرد كمپرسور نظير پروفيل صفحه نصف‌النهاري، طول محوري پروانه، زاويه مماس ورودي و خروجي طوقي، موقعيت و زاويه ورودي تيغه جداكننده و فاصله لقي بين پروانه و طوقي پرداخته مي شود. در انتها با بررسي تاثير تغييرات هندسي روي منحني‌هاي عملكردي كمپرسور و انتخاب نقطه كاري بهينه، كمپرسوري با نسبت فشار و بازده بالاتر ارايه مي‌گردد. در كمپرسور اصلاح شده، نسبت ناحيه شعاعي پروانه به كل پروانه 22/0، زاويه انتهايي ديواره طوقي با راستاي قايم برابر 6 درجه و طول محوري پروانه به ميزان5ميلي‌متر افزايش يافته است. با در نظر گرفتن اين اصلاحات، بازده كمپرسور به ميزان 4/2 درصد و نسبت فشار به ميزان1درصد افزايش يافته است.

In this research, the centrifugal compressor impeller of a turbo-shaft engine is studied. Firstly, its geometric specifications are exactly measured and then the impeller geometry is generated in the Blade-Gen module of the ANSYS software. Grid generation of the blade is carried out in Turbo-Grid module and then is numerically analyzed by applying the boundary conditions which is obtained from the engine performance. The results are presented by means of pressure ratio and efficiency curves for various mass flow rates. Then, some geometrical parameters are investigated because of its effect on the compressor performance. These parameters are meridional plane profiles, axial length of impeller and etc. Finally, having investigated the geometric aspects on the compressor performance curve, we designed a compressor with a higher pressure ratio and efficiency. In the modified compressor, the ratio of radial region of impeller to the whole is 0.22 and the angle between the end of shroud wall and the vertical line is 6 degrees. Moreover, axial length of impeller increased about 5mm. By applying these modifications to the current compressor, the compressor efficiency and pressure ratio increases by 2.4 and 1 %, respectively