تحليل عددي تاثير زبري سطح پره بر كارايي و ميدان جريان توربين گاز

Numerical analysis of blade roughness effects on gas turbine performance and flow field

به دليل مواجه بودن بخش توربين يك موتور توربين گاز با دماي بالا و خصوصيات گاز ورودي، كارايي توربين حين كاركرد در معرض كاهش قرار مي گيرد. شرايط كاركرد منجر به ايجاد خوردگي يا رسوب و در نتيجه افزايش زبري سطح پره آن مي شوند. با توجه به پيچيدگي جريان درون توربين براي شناخت ميدان جريان و دما درون طبقه توربين نياز به انجام تحليل سه بعدي مي باشد. هدف از اين مقاله بررسي تاثير زبري بر ميدان جريان و كارايي توربين گازي با شبيه‌سازي عددي است. در اين پژوهشطبقه چهارم توربين هانوفر كه در آزمايشگاه دانشگاه صنعتي هانوفر آلمان به صورت تجربي آزمايش شده است، بصورتسهبعدي در نرم‌افزار انسيس-سي اف ايكسشبيه‌سازي ونتايجحل عددي بانتايج آزمايشگاهي اعتبارسنجي شد. در ادامه تاثير زبري پره در دو ارتفاع معادل دانه هاي ماسه mµ106(رژيم نيمه‌ زبر) وmµ400 (كاملاً زبر) بر خصوصيات ميدان جريان و عملكرد يك مرحله توربين در 4 دبي جرمي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد مجموع افت راندمان ناشي از زبري استاتور و زبري روتور برابر با افت راندمان ناشي از زبري كل مرحله است. به‌علاوه، تاثير افزايش زبري پره استاتور و روتور در كاهش راندمان تقريباً مساوي است.

The performance of turbine section of a gas turbine deteriorates over operation because of working in high temperature conditions and characteristics of the entry gas. On the other hand, due to complexity of the flow field within the turbine, three-dimensional analysis is required. This paper presents a numerical study of roughness effects on turbine flow field and performance.In this paper, effects of blade surface roughness caused by operation conditions on turbine performance were numerically calculated. Numerical calculations were carried out for the fourth stage of an axial turbine which was experimentally tested in the technical university of Hannover, using ANSYS software. Calculated results were verified with the measured data and showed a good agreement. To find out the effects of blade surface roughness on turbine stage performance and flow field, Two equivalent sand-grain roughness heights of 106?m (transitionally rough regime) and 400?m (fully rough regime) in four different mass flow rates were considered. Results showed that summation of efficiency reductions of the rough stator and rough rotor approximately equals to that of the totally rough stage for each roughness height and effect of stator roughness on efficiency reduction is same as the effect of rotor roughness on stage efficiency.