بررسي عددي مشخصه هاي آشفتگي جريان در كسكيد ثابت و نوساني فن گذرصوتي

Numerical investigation of turbulence characteristics of flow in fixed and oscillating transonic fan cascade

بررسي پديده هاي مرتبط با برهمكنش سازه-سيال در توربوماشين ها با جريان گذرصوتي به لحاظ وجود رفتارهاي ناپايدار جريان اهميت دوچنداني پيدا مي كند. محدوديت هاي جدي روش هاي تجربي رويكرد محققان اين حوزه به روش هاي عددي را توسعه بخشيده است. اما هزينه محاسباتي زياد روش هاي عددي در شبيه سازي آيروديناميك و آيروالاستيك مدل كامل توربوماشين ها، استفاده از مدل هاي ساده تر دوبعدي به منظور بررسي كيفي پديده ها را اجتناب ناپذير كرده است. در اين مقاله با استفاده از حلگر توانمند سي اف ايكس جريان گذرصوتي عبوري از كسكيد فن ثابت و فن با پره مياني با نوسانات هارمونيك اجباري شبيه سازي شده و الگوي تغييرات مشخصات آشفتگي جريان مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور جلوگيري از واگرايي حل و دستيابي به نتايج دقيق تر الگوريتم حل مرحله اي ابداع شده است. از طرف ديگر، براي حركت شبكه ديناميكي اطراف پره نوساني از روش فنري با فنرهاي پيچشي خطي استفاده شدهاست. كيفيت شبكه با بررسي بيشينه ماخ و تغييرات y+ مورد ارزيابي و انتخاب قرار گرفته است.مقايسه نتايج بدست آمده با داده هاي تجربي موجود بيانگر اختلاف معناداري در نقاط قرارگيري گردابه هاي جداشده و دوباره چسبيده هستند. اين تفاوت، لزوم استفاده از مدل آشفتگي دقيق تر را در شرايط وجود جدايش وسيع اثبات مي كند. در اين مقاله اثر هندسه پره، جدايش هاي جريان و نوسانات پره مياني بر الگوي جريان و مشخصات آشفتگي جريان گذرصوتي كسكيد توربوماشين بررسي شده اند. نتايج بدست آمده، تاثير هر كدام از عوامل ذكر شده را بر انرژي جنبشي و فركانس اتلاف آشفتگي تبيين مي كند.

Investigations of the phenomena associated with the Fluid-Structure interaction in transonic turbomachines due to the presence of unstable flow behaviors have doubled in significance. Severe restrictions of the experimental methods have developed researchers approach in this field to Numerical methods. Nevertheless, using simple two-dimensional model to investigate the phenomenon of quality is inevitable because of high computational cost of numerical methods in aerodynamic and aeroelastic simulation of full model of turbomachines. In this paper transonic flow in fixed fan cascade and fan cascade with central blade vibration in Forced harmonic pattern is simulated and variations of turbulence characteristic patterns are studied. In order to prevent divergence of the solution and achieve more accurate results, the step by step algorithm is developed. On the other hand, spring methodology with linear torsional springs is used for movement of dynamic grid around the oscillating blade. Mesh quality is assessed by examining maximum Mach number and y+ variation. Comparing the results with the available experimental data indicated a significant difference in the position of the vortices that are detached and re-attached. This difference proves the use of turbulence model is more accurate in terms of the wide separation. In this paper, effect of blade geometry, flow separation and central blade oscillation on flow pattern and turbulence characteristics of transonic flow have been investigated. Obtained results explain the effect of the mentioned parameters on the turbulence kinetic energy and dissipation frequency.