آنالیز عملکرد توربین های سرمایشی سرعت بالا با استفاده از شبیه سازی عددی

در این پژوهش عملکرد توربین های سرمایشی سرعت بالا با استفاده از شبیه سازی عددی بررسی می شود. توربین سرمایشی یک توربین عکس العملی جریان شعاعی است که با یک ژنراتور القایی روی یک شفت نصب می شود. در این پروژه، توربین سرمایشی مورد نظر مهم ترین بخش سیستم تهویه ی هوا ساز(air condition) هواپیما است که شامل یک توربین جریان شعاعی و یک فن گریز از مرکز می باشد. هدف از انجام این پروژه شبیه سازی عددی جریان سیال در توربین و فن و همچنین بدست آوردن منحنی عملکرد توربین سرمایشی می باشد که با توجه به تحریم شدید کشور در زمینه صنایع هوا فضا، داشتن توانمندی دانش طراحی در این زمینه بسیار اهمیت دارد. مراحل این پروژه شامل مدل کردن روتور توربین و فن با استفاده از نرم افزارهای کتیا و سالیدورکس، ایجاد شبکه ی مناسب و شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار انسیس انجام می شود. با توجه به پیچیده بودن هندسه ی روتور، برای استفاده از ویژگی های نرم افزار توربوگرید که مخصوصاً برای ایجاد شبکه روی مدل های توربوماشینی طراحی شده، ابتدا هندسه ی روتور توربین و فن با استفاده از نرم افزار تولید پره مدل شده و سپس برای ایجاد شبکه، به نرم افزار توربوگرید انتقال داده می شود. پوسته های توربین و فن را با استفاده نرم افزار سی اف ایکس مش شبکه بندی می شود و در نهایت با به کارگیری نرم افزار سی اف ایکس به شبیه سازی عددی جریان سیال درون توربین و فن پرداخته می شود. تعریف شرایط مرزی در این پروژه برای توربین و فن در دو مرحله انجام شده است. در یک مرحله شرایط مرزی، برای بدست آوردن منحنی عملکرد توربین و فن می باشد که فرض می شود توربین و فن در شرایط آزمایشگاهی خاص هستند. در این مرحله نتایج نشان خواهد داد که پدیده خفگی در روتور توربین اتفاق می افتد، ماکزیمم بازده توربین در سرعت دورانی 27000 دور بر دقیقه، در دبی جرمی 174/0 کیلوگرم بر ثانیه، برابر 62 درصد می شود، همچنین چرخش زیاد جریان خروجی روتور توربین باعث مکش هوای بیرون به داخل دیفیوزر می شود. در مورد فن نتایج نشان خواهد داد که نسبت فشار فن در اکثر شرایط، کمتر از یک می شود، ماکزیمم بازده روتور فن در سرعت دورانی 50000 دور بر دقیقه، در دبی جرمی 3/0کیلوگرم بر ثانیه، برابر 63 درصد می شود، در تمامی حالات، بر روی سطح مکشی، جدایش جریان اتفاق می افتد، همچنین در پوسته ی فن پدیده های برخورد، بی نظمی و اختلاط مشاهده می شود. مرحله ی دیگر اعمال شرایط مرزی، موارد خواسته شده توسط صنعت می باشد. یکی از پارامترهای مهم برای صنعت، دمای خروجی توربین می باشد که به عنوان دمای هوای تهویه استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که با افزایش فشار ورودی، دمای خروجی کاهش یافته و کم ترین دمای خروجی از توربین در سرعت دورانی 62400 دور بر دقیقه حاصل می شود. همچنین با افزایش فشار ورودی توربین، بازده ی آیزنتروپیک کل به استاتیک کاهش، دبی جرمی افزایش و توان خروجی توربین افزایش می یابد. در فن با افزایش دبی جرمی و کاهش دمی ورودی، بازده ی آیزنتروپیک روتور، نسبت فشار روتور و توان مصرفی فن افزایش می یابد.