ارزیابی مشخصات عملکردی موتور توربوشفت با استفاده از شبیه سازی عددی اجزاء دوار

در دهه ی اخیر، شبیه سازی سه بعدی اجزای توربین های گازی به شدت مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از مسائلی که در طراحی و آنالیز اجزای توربین های گاز مهم می باشد، شناسائی میدان جریان و پیش بینی افتها وناپایداری های آیرودینامیکی است.از جمله ی این افتها و ناپایداری ها، جریان های برگشتی، واماندگی چرخشی، شوک های موضعی، سرج و ناپایداری های موضعی و کلی می باشد که عمر و عملکرد اجزاء سیستم را به شدت کاهش می دهد. از طرفی، پیش بینی مشخصات عملکردی توربین و کمپرسوربدون تستهای تجربی پرهزینه یک مزیت قابل توجه برای طراحی توربین های گاز به حساب می آید. از این رو، در دهه ی اخیر بررسی عددی پارامترهای موثر روی عملکرد توربین وکمپرسور نظیر فاصله ی محوری بین طبقات، روشهای کانتورینگ دیوارهای انتهایی مجرای توربین، تأثیر زبری و شکل ایرفویل روی تلفات، تأثیر فاصله لقی بین پره های روتور و پوسته و ... همزمان با ارتقاء رایانه ها بسیار مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. لذا در پژوهش حاضر، تحلیل عددی سه بعدی اجزاء دوار یک موتور توربوشفت شامل 3 طبقه کمپرسور محوری، یک طبقه کمپرسور گریز از مرکز و یک طبقه توربین جریان محوری فشار بالا، بمنظور شناسایی و امکان سنجی تبدیل آن به توربوجت با اضافه کردن یک نازل انتهائی صورت می پذیرد. تحلیل عددی جریان سه بعدی طبقات کمپرسور و توربین بصورت مجزا از هم توسط نرم افزار cfx انجام می شود. حل معادلات جریان تراکم پذیر از روش فشار مبنا و با دقت مرتبه دوم و براساس مدل آشفتگیsstصورت می گیرد. با تغییر شرایط مرزی ورود و خروج طبقات کمپرسور و توربین، منحنی عملکرد 4 طبقه کمپرسور و تک طبقه توربین بطور مجزا بدست می آید. همچنین، میدان جریان داخلی و افتهای موضعی ایجاد شده در اجزاء مختلف در نقاط طراحی و خارج طراحیمورد مطالعه قرار می گیرد. در نهایت، با طراحی نازل انتهای موتور و شبیه سازی عددی آن به همراه توربین فشار بالا، امکان تبدیل این موتور به موتور توربوجت مورد بررسی قرار می گیرد. نتایجشبیه سازی هایانجام شده نشان می دهد که در طبقه اول کمپرسور محوری به دلیل زیاد بودن کورد محوری پره ی روتور، جریان ثانویه ای از پایه تا نوک پره بوجود آمده که این نوع جریان ثانویه تنها در این پره پدید آمده و همچنین جریان در روتور طبقه ی اول جریان ترانسونیک است.در توربین جریان در نازل زودتر از روتور خفه شده که نشان می دهد جریان بالادستدر توربین، متأثر از جریان پایان دست نمی باشد و تغییر دور روتور نمی تواند تأثیری در شکل جریان در نازل داشته باشد، همچنین خفگی جریان در پایه پره زودتر اتفاق می افتد. در امکان سنجی انجام شده برای تبدیل موتور مذکور به موتور توربوجت این نتیجه حاصل شد که بدلیل کم بودن دبی ورودی این موتور،موتور فعلی برای تبدیل به موتور توربوفن مناسب تر است.