بكارگيري طرح AUSM+ جهت بهبود نتايج و كاهش خطاي عددي روش حجم محدود جيمسون در جريان دوبعدي بين پره هاي ثابت توربين

Using AUSM+ Method to Improve Results and Reduce Numerical Errors for Jamesonʹʹs 2D Finite Volume Technique in Turbine Stator Blades

با توجه به اهميت نقش توربين ها در صنايع مختلف، طراحي دقيق تر جهت افزايش راندمان آن ها، نيازمند حل دقيقي از جريان داخل پره هاي توربين است. امروزه با پيشرفت روش هاي مدلسازي عددي، دستيابي به يك روش دقيق عددي براي گرفتن ناپيوستگي هاي جريان و حل دقيق آن به طوري كه داراي حداقل نوسان و خطاهاي عددي باشد، همواره مورد توجه محققان مدلسازي به روش عددي بوده است. در تحقيق حاضر، ابتدا در يك كانال همگرا- واگراي مافوق صوت يك بعدي، با استفاده از روش عددي بالادست AUSM+و در يك شبكه محاسباتي استاندارد مدلسازي انجام مي شود. نتايج به دست آمده براي موج ضربه اي عمودي، انطباق بسيار مطلوبي با نتايج تحليلي دارد، كه مي تواند باعث اعتبارسنجي اوليه اين روش نيز گردد. سپس براي اولين بار به بسط و بررسي روش عددي AUSM+ با استفاده از شبكه ساده نوعH ، در مدلسازي دو بعدي جريان غيرلزج بين پره هاي ثابت توربين در دو حالت جريان خروجي مافوق صوت و مادون صوت پرداخته شده است. از مقايسه نتايج حاصل از آن با نتايج روش اتلاف مصنوعي جيمسون و همچنين نتايج تجربي مشاهده مي شود كه اعمال روش عددي بالادست AUSM+ مشابه روش جيمسون، علاوه بر انطباق مطلوب با نتايج آزمايشگاهي توزيع نسبت فشار در تمام طول پره، به مراتب داراي خطاهاي عددي كم تري نسبت به روش تفاضل مركزي جيمسون است و شرط بقاي جرم را نيز حداقل 25 درصد بهبود مي بخشد. لازم به ذكر است كه براي ماخ هاي بالا روشAUSM+ ، به مراتب نتايج بهتري خواهد داشت.

Due to the importance of the role of turbines in various industries, a more precise design is needed to improve their efficiency. In this line, a more exact solution of the flow passing through turbine blades is required. Nowadays, the advance of numerical modeling techniques has resulted in achieving more accurate tools capable of considering the discontinuities with less oscillation and numerical errors. In this work, for modeling the flow in a supersonic 1D converging-diverging channel, the AUSM+ upwind method and a computational standard grid are used. The results obtained for a strong vertical shock agree well with the analytical results, and this is considered as an initial verification of the method. In this work, for the first time, the AUSM+ numerical method is further developed using a simple H-grid mesh for modeling an inviscid subsonic and supersonic outlet flow in turbine stator blades. Comparing the model results with the results of Jameson’s artificial dissipation technique and experimental data shows that both numerical methods have good agreements with the experimental pressure data. However, the AUSM+ method has less numerical errors, and improves the mass conservation by at least 25%. It is to be noted that the AUSM+ method is highly recommended for higher Mach numbers.