طراحي يك بعدي و شبيه‌سازي سه بعدي كمپرسور گريز از مركز يك موتور توربوشفت به همراه بهينه‌سازي مجراي خم 90 درجه بين ديفيوزر شعاعي و ديفيوزر محوري

1D Design of Centrifugal Compressor of a Turbo-Shaft Engine with Optimization of 90-Degree Bend Duct between Radial and Axial Diffuser

در اين مقاله، طراحي يك بعدي كمپرسور گريز از مركز به همراه طراحي معكوس مجراي خم 90 درجه بين ديفيوزر شعاعي و ديفيوزر محوري انجام مي گيرد. در اين طراحي، كليه ابعاد اوليه اجزا كمپرسور گريز از مركز شامل، پروانه، ديفيوزر شعاعي پره دار، خم 90 درجه و ديفيوزر محوري محاسبه مي‌شود. به منظور ارزيابي نتايج، پس از مدل سازي هندسه و توليد شبكه، ميدان جريان سه بعدي در كل كمپرسور توسط نرم-افزار سي اف ايكس تحليل عددي مي شود. شبيه سازي عددي نشان مي دهد، تلفات شديدي در خم 90 درجه بين ديفيوزر شعاعي و ديفيوزر محوري به علت انحناي شديد آن وجود دارد. به منظور دستيابي به كمترين تلفات در خم 90 درجه، طراحي آيروديناميكي مجراي خم 90 درجه با استفاده از روش طراحي معكوس انجام مي شود. در مرحله اول، با تركيب الگوريتم طراحي معكوس گلوله-اسپاين و نرم افزار سي اف-ايكس، قابليت اصلاح هندسه مجراي خم 90 درجه ايجاد مي شود. سپس با بهبود توزيع فشار ديواره بالا و پايين و اعمال آن به كد طراحي معكوس، هندسه اصلاح مي شود. در نهايت، كمپرسور طراحي شده با خم 90 درجه اصلاح و تحليل مي شود. نتايج نشان مي دهد، نسبت فشار كل و بازده كل به كل به ترتيب، در حدود 3 و 4 درصد افزايش مي يابند.

In this work, a 1D design of centrifugal compressor with an inverse design of 90-degree bend duct between radial and axial diffuser is accomplished using an iterative method. In the design procedure, all overall dimensions of the centrifugal compressor including impeller, vanned radial diffuser, 90-degree bend duct, and axial diffuser are computed. To evaluate the results obtained, after the geometry modeling and grid generation, a 3D flow field in the whole compressor is numerically analyzed using the CFX software. The numerical simulation results show that there is a high loss region through the 90-degree bend between the radial and axial diffuser because of its high curvature. In order to reach a minimum loss in the 90-degree bend duct, the aerodynamic design of the 90-degree bend duct is carried out using an inverse design method. In the first step, the shape modification capability of the 90-degree bend duct is evaluated by linking up the Ball-Spine inverse design algorithm using the CFX software. Then the geometry is modified by improving the hub and shroud pressure distribution, and applying it to the inverse design code. Finally, the designed compressor with the modified 90-degree bend duct is analyzed. The results obtained show that the total pressure ratio and the overall efficiency increase about 3 and 4 percent, respectively.