بررسي عددي و تجربي تأثير درجه هم‌پوشاني استاتورهاي هم‌گرا- واگرا بر عملكرد توربين فراصوت در شرايط پذيرش جزئي

Numerical and Experimental Investigation of the Stators Overlapping Degree on Partially Admitted Supersonic Turbine Performance

اين مقاله بررسي عددي و تجربي تأثير درجه‌ي هم‌پوشاني استاتورهاي هم‌گرا- واگرا بر روي عملكرد توربين فراصوت ضربه‌اي در شرايط پذيرش جزئي را ارائه مي‌دهد. مدل مورد مطالعه، يك توربين كوچك با نسبت فشار بزرگ است كه به‌منظور توليد كار ويژه بالا در سامانه تغذيه موتورهاي سوخت مايع استفاده مي‌شود. به‌سبب كم بودن دبي جرمي سيال كاري، توربين در شرايط پذيرش جزئي استفاده مي‌شود. استاتور توربين گروهي از نازل‌هاي هم‌گرا- واگرا مي‌باشند كه جريان فراصوت را ايجاد مي‌كنند. در اين كار، ابتدا با استفاده از كد پيش‌بيني عملكرد توربين، پنج استاتور با زواياي چيدمان نازل مختلف طراحي شده و سپس به‌صورت عددي آزمايش شده‌اند. در كد پيش‌بيني عملكرد توربين از رابطه تجربي تصحيح شده راندمان در آزمايشگاه توربيني استفاده شده است كه توسط نويسنده طراحي شده است. نتايج كار عددي و كد پيش‌بيني عملكرد توربين با استفاده از نتايج حاصله از آزمايش‌هاي تجربي صحه‌گذاري شده است. اين نتايج نشان مي‌دهند كه زاويه چيدمان نازل‌ها تأثير قابل توجهي بر الگوي سه‌بعدي توزيع جريان در پايين‌دست استاتور دارد. در اثر تغيير الگوي جريان، توزيع اتلافات و در نتيجه عملكرد توربين تغيير مي‌يابد. مطابق با نتايج كار حاضر، اين تغييرات با استفاده از روش‌هاي طراحي بهينه قابل كنترل است.

This paper presents experimental and numerical evaluations of convergent-divergent stators overlapping degree effects on an impulse supersonic turbine performance. The studied model is a small turbine with a large pressure ratio that is being used to produce high specific work output in the liquid propellant engine. Because of a low-mass flow rate, the turbine is used in partial admission condition. The turbine stator is a group of convergence-divergence nozzles that provide the supersonic flow. Five stators with different NAA are modeled and tested. In the turbine performance prediction code, an empirical efficiency relationship is used. This relationship is corrected in the turbine test rig that is designed by the author. The results of prediction code and numerical and experimental tests show that the NAA has a significant impact on the three-dimensional distribution of the flow in the stator downstream. The flow loss distribution and the turbine performance are changed as a result of the flow pattern changing.