بررسی تجربی جریان پیرامون پره های کمپرسور محوری در آبشار خطی

بررسی آبشار در یک تونل باد ، اطلاعاتی را در رابطه با عملکرد یک سری پره های مشابه و موازی به دست می دهد . این اطلاعات صرفاً در مورد جریان دو بعدی در اطراف یک ردیف پره های موازی با ابعاد و فواصل مشابه بنام آبشار صادق است و نمی تواند مستقیما ً برای پره های واقعی که بر روی سطح جانبی یک استوانه قرار دارند و دارای مقاطع مختصر در ارتفاع پره اند و فواصل پره ها از ریشه پره تا نوک آنها از یکدیگر متفاوت است، مورد استفاده دقیق قرار گیرد. به همین دلیل برای بررسی دقیقتر، لازم است آزمایشات دو بعدی مورد نیاز در بررسی یک توربوماشین را برای حداقل سه مقطع نوک، وسط و ریشه پره ها به طور جداگانه به عمل آورد و رفتار پره ها را از طریق آزمایشهای دو بعدی تخمین زد. سپس با به حساب آوردن اثرات سه بعدی جریان می توان جواب های معقولی برای عملکرد پره ها به دست آورد. در این زمینه کارهای عددی و تجربی بسیاری توسط محققان انجام شده است.اولین هدف این تحقیق، بررسی جریان دنباله ی یک آبشار کمپرسور خطی در زوایای حمله ی مختلف است. برای این کار از یک دستگاه جریان سنج سیم داغ یک مولفه ای استفاده شده است. دومین هدف، بررسی زاویه ی جریان خروجی از پره های آبشار کمپرسور است. بدین منظور پراب 5 سوراخ را به یک مانومتر 25 شاخه وصل کرده و فشار کل را در نقاط مختلف بدست می آوریم. هدف سوم بررسی مقدار افت فشار در آبشار کمپرسور است. برای محاسبه ی فشار استاتیک و فشار کل از یک فشار سنج rake flow 18 شاخه در ورودی و خروجی جریان آبشار استفاده شده است. چهارمین هدف نیز، بررسی اثر نصب سیم اغتشاش ساز روی پره های کمپرسور بر پارامترهای دنباله جریان آبشار است. این سیم ها در دو سمت پره ها قرار داده شده و در زوایای حمله مختلف و در re=45500 دنباله جریان با استفاده از جریان سنج سیم داغ اندازه گیری شده است. مهمترین هدف در این تحقیق، یافتن بازه ی کاری کمپرسور است که از بررسی نتایج افت فشار و ضرایب آیرودینامیکی حاصل می گردد. در این تحقیق، جریان در اطراف پره های آبشار خطی یک کمپرسور بصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. آبشار مورد آزمایش دارای 3 پره از نوع naca6409 بوده که با زاویه ی نصب اولیه 60 درجه در تونل باد مورد نظر نصب شده است. نتایج بدست آمده از آزمایشات صورت گرفته بر روی آبشار، توسط جریان سنج سیم داغ، فشار سنج های 5-سوراخ و rake wake مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.آزمایشات در دو رینولدز متفاوت(re=22750,45500) و چند زاویه برخورد مختلف انجام شده و سرعت متوسط بی بعد و شدت اغتشاشات جریان، ضرایب برآ و پسا، ضریب افت فشار، فرکانس گردابه ای و عدد استروهال آبشار مورد نظر در نمودارهای جداگانه ای به نمایش درآمده است. با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایشات می توان به این نتیجه رسید که محدوده ی کاری کمپرسور بین i=-30 و i=-40 می باشد، که با انجام بررسی دقیقتر(با استفاده از وسایل اندازه گیری دیجیتال) بین این دو زاویه برخورد می توان به زاویه برخورد مناسب دست یافت. - افزایش عدد رینولدز سبب کاهش ماکزیمم شدت اغتشاشات شده و عرض پروفیل را نیز کاهش داد. با افزایش عدد رینولدز از 22750 به 44500، پروفیل اغتشاشات بطور محسوسی تغییر کرد، اما با افزایش عدد رینولدز به 68250، تغییرات کمتری را در طول پروفیل شاهد بودیم و تنها عرض پروفیل بود که کاهش یافت. - روند تغییرات زاویه خروج سیال با تغییر زاویه برخورد منظم نبوده و محدوده تغییرات زاویه خروج سیال حدودا 10 درجه بود. یعنی همانطور که انتظار می رفت، زاویه خروج سیال نباید با تغییر زاویه برخورد تغییر قابل توجهی داشته باشد. همچنین مشاهده شد که زاویه ی خروج سیال در هر دو آزمایش با افزایش عدد ماخ تغییرات اندکی دارد. - تغییرات ضریب افت فشار کل، با افزایش زاویه برخورد در جهت منفی، روندی نامنظم داشته، اما می توان بطور تقریبی محدوده ی کاری کمپرسور را بین زوایای برخورد i=-20 تا i=-40 دانست. - روند تغییرات ضریب پسا نیز مشابه تغییرات ضریب افت فشار در آبشار بوده و در محدوده ی بین زاویه ی برخورد i=-20 تا i=-40 شاهد کمترین ضریب پسا هستیم. - با تغییر زاویه برخورد از i=-40 به i=30 ، ضریب برآی تقریبی آبشار نیز افزایش یافته است و می توان گفت این تغییرات تا i=0 شیب کندی داشته و از آن بعد سریعتر صعود کرده است. - بهترین زاویه آن است که در آن ضریب cl/cd ماکزیمم باشد و در این تحقیق، ماکزیمم مقدار این نسبت در محدوده ی افت فشار مینیمم (i=-20 تا i=-40) اتفاق افتاده است.