چکیده

هر فرآیند ساخت مشخصی دقت خاص خود را دارد و در نتیجه با تغییر فرآیند ساخت ممکن است که هندسه محصولات با هندسه نامی تفاوت هایی داشته باشد. مراحل مختلف موجود در فرآیند ساخت پره توربین ها عبارتند از ریخته گری و ماشینکاری و سخت کاری روی سطوح و پوشش دهی که هر یک از این مراحل تغییرات هندسی خاصی را ایجاد می کند و به همین دلیل بایستی از روشهای کنترل کیفیت مانند تعیین تلرانس ها جهت کنترل آنها استفاده کرد. این روشهای کنترل کیفیت  هزینه ها را افزایش می دهند اما در مقایسه با هزینه های ناشی از نصب قطعات با کیفیت کم مانند افزایش  هزینه های نگهداری و تعمیرات و نارضایتی خریدار قابل ترجیح می باشد. یک تولید کننده موفق توربین باید تلرانسهای هندسی مناسب را یافته تا بتواند توربین را با هزینه و کیفیت مناسب عرضه کند. در اثر تغییر فرآیند ساخت عوامل مختلفی سبب ایجاد تغییرات  هندسی می شود که از جمله می توان تغییرات زاویه نصب، بزرگ و کوچک شدن لبه ورود و خروج و جابجایی مقاطع در راستای شعاعی را نام برد اگر بر روی پره ها برآمدگی ایجاد شود می تواند موجب کاهش  سطح عبور جریان و در نتیجه کاهش دبی شود وجود این برآمدگی در پره های مافوق صوت حتی می تواند موجب ایجاد شوک گردد در این پروژه سعی شده است تا تغییرات  ایجاد شده در هندسه پره ها بر اثر تغییرات فرآیند ساخت شناسایی شده و با استفاده از نرم افزار ANSYSCFX تاثیر این تغییرات بر ع ملکرد طبقه توربین شناسایی شود.

نتایج بدست آمده نشان می دهند که پره استاتور بدلیل واقع شدن در بالا دست جریان نسبت به تغییرات زاویه ای دارای حساسیت بیشتری نسبت به روتور می باشد.

در بدترین حالت برای استاتور با یک درجه تغییر در زاویه نصب کاهش 0.8% در کارایی و 1.8% در توان خروجی می شود و با یک درجه تغییر در زاویه خروجی پره استاتور کاهش 0.2% در کارایی و 2.3%  در توان خروجی اختلاف حاصل می شود.

در بدترین حالت برای روتور با یک درجه تغییر در زاویه نصب کاهش 0.5% در کارایی و با دو درجه تغییر در زاویه نصب کاهش 0.2% در توان خروجی و با یک درجه تغییر در زاویه خروجی پره روتور کاهش 1.5% در کارایی و  0.6% در توان خروجی روبرو می شویم. مشاهده می شود که تغییرات هندسی روتور بر روی کارایی موثر تر بوده در حالی که  تغییرات هندسی استاتور بر روی  توان موثر تر است.

واژه های کلیدی : دینامیک سیالات محاسباتی، توربین گاز، روتور، استاتور

طبقه چهارم رتور و استاتور هانوفر

طبقه چهارم رتور و استاتور هانوفر

فهرست مطالب

فصل اول : پیشینه تحقیق ………………………………………………………. 1

1-1- مقدمه ………………………………………………………………………. 2

اختراع مواد جریان الکتریسیته و لامپ رشته ای توسط توماس ادیسون را می توان تحولی شگرف در تمدن بشریت به شمار آورد. اختراعاتی که شام تاریک انسانها را روشن نمودند. استقبال گسترده از این وسایل برای روشنایی شهری موجبات احساس نیاز شدید به تولید انرژی در مقیاس کلان را فراهم نمود. موتورهای بخار و پیستونی که در آن زمان در دسترس بود قادر به تاًمین این نیاز نبودند و مهندسین باید مولدهای پرقدرت تری برای گرداندن ژنراتورهای الکتریکی ابداع و اختراع می کردند. تجربه استفاده از جریان های موجود در طبیعت مثل آب و باد در صده های گذشته در آسیاب های آبی و بادی وجود داشت. تمدن های اولیه متوجه شده بودند که می توان با نصب یک سری از پره های مایل بر روی یک محور و قرار دادن آن در مسیر جریان آب یا باد گشتاور چرخشی بدست آورد.

با استفاده از این تجربیات در اوایل قرن بیستم مهندسین به سمت استفاده از انرژی پتانسیل ذخیره شده در پشت سدها گرایش پیدا کردند و توربو ماشین به عنوان یک شاخه علمی به رسمیت شناخته شد. بنا به تعریف، کلیه ماشینهایی که از طریق دوران محور خود به سیال انرژی می دهند یا از سیال انرژی دریافت می کنند و عامل انتقال قدرت دوران محور ماشین است توربو ماشین نامیده می شود. [11]

در این زمان محققین و طراحان برای استخراج حداکثر انرژی از جریان سیال پا به عرصه گذاشتند. معادلات دینامیکی و ترمودینامیکی حاکم بر جریان به منظور در اختیار داشتن شاخصی برای تعیین راندمان استخراج شد. با توجه به مشخصات جریان سیال مثل چگالی و سرعت و فشار و …… طرح های بسیار متنوعی ابداع شد. از لحاظ ظاهری تفاوت اصلی بین این طرح ها در شکل و فرم پره ها و موقعیت پره ها نسبت به محور و موقعیت پره ها نسبت به یکدیگر است. تلاش های مستمری برای رسیدن این طرح ها با حداکثر کارایی ممکن با تغییر در این پارامترها صورت گرفته است. همان طور که از این مبانی استنباط می شود هندسه ی پره در رسیدن به کارایی حداکثر فوق العاده مؤثر است و نابجایی قابل پذیرش بسیار اندک است.

بدلیل محدودین منابع آبی و توزیع غیر یکنواخت آن در عمل امکان احداث سدهای برق آبی در همه جای کره خاکی وجود نداشت با اکتشاف نفت خام در اوایل قرن بیستم توربین گاز پس از طی یک دوره تکاملی در اواسط این قرن جای خود را پیدا کرد. توربین گاز به عنوان مواد قدرت مکانیکی به صورت گسترده ای در صنایع سنگین مثل صنایع حمل و نقل هوایی و خطوط انتقال نفت وگاز و نیروگاههای برق بکار گرفته شد.

نسبت انرژی تولید شده به وزن برای مولدهای قدرت یک شاخص مهم است. این نسبتبرای توربین ها نسبت به سایر موادهای قدرت مثل موتورهای پیستونی بیشتر است. این خاصیت برای کاربرد حمل و نقل هوایی یک ویژگی منحصر به فرد می باشد و موجب شده است که بتوان هواپیماهایی سبکتر با حجم بارگیری بیشتر و مسافت طی شده بیشتر ساخت.

در یک توربو ماشین انتقال و تبدیل انرژی از انرژی جنبشی موجود در سیال به انرژی مکانیکی درون پره یا بالعکس در جبهه ی سطح تماس پره با سیال رخ می دهد. اختلاف فشار بین دو سطح یک پره منشاء نیروی مولد گشتاور توربو ماشین است. تغییرشکل پره موجب تغییر در این اختلاف فشار می شود. این تغییر شکل ها ممکن است تاثیر مطلوب و یا نامطلوب در کارایی داشته باشد. برای بررسی این تاثیرات نیاز به ابزار مناسب است که در بخشهای بعدی به آن پرداخته خواهد شد. در یک توربین گاز طراحی و انتخاب شکل هندسی هیچ کدام از قطعات موتور به اندازه پره توربین و کمپرسور حساس و چالش برانگیز نیست و تامل در آن موجب افزایش کارایی سیستم و صرفه جویی در مصرف سوخت و کاهش آلایندگی و استهلاک قطعات می شود. به عبارتی دیگر می توان اظهار کرد که در یک توربین گاز تمام قطعات دیگر در حال خدمات رسانی به پره ها هستند.

با بکارگرفتن نرم افزارهای جدید و روشهای شبیه سازی عددی پیشرفته امکان افزایش یک درصدی و حتی بیشتر به کارایی اکثر توربین های گازی که در حال حاضر مشغول به کارند میسر است. مقالات متعددی موجود است که نشان می دهند که کارخانجات سازنده توربین اقدام به بهبود و اصلاح مدلهای قدیمی تر خود نموده اند. با تغییر در روشهای تولید دقت ابعادی بدست آمده نیز تغییر می کند. سطح تکنولوژی موجود در اختیار تولید کنندگان دقت تلرانسهای قابل دستیابی را تعیین می کند. به طور مثال پره های ردیف اول توربین مجهز به مجراهای خنک کاری و پیچش زیاد مقاطع نسبت به هم می باشند که با روشهای تولید معمولی نمی توان به هندسه مورد نظر دست یافت. برای ساخت این ردیف پره استفاده از ریخته گری دقیق متداول است

1-2- بیان مسئله تحقیق …………………………………………………………. 3

در این پژوهش سعی خواهد شد تا حداکثر میزان انحرافات مجاز از هندسه نامی در طی فرآیند ساخت تعیین شود. تعیین مقدار مجاز این تلرانس ها به دو روش امکان پذیر می باشد.

  • روشهای آزمایشگاهی
  • مدل سازی میدان دما و جریان در توربین

روشهای آزمایشگاهی به طور سرسام آوری پر هزینه است طوری که در دنیا تنها شرکتهای معدودی قادر به انجام آن می باشند و آنها بیشتر از شبیه سازی عددی برای بررسی آثار انحرافات هندسی استفاده می کنند. در این پژوهش برای آنکه از تطابق هندسه مدلسازی شده با هندسه نامی اطمینان حاصل شود ابتدا اقدام به شبیه سازی هندسه توربین مدلسازی شده می شود. سپس نتایج بدست آمده با نتایج تجربی مقایسه می شود تا از تطابق هندسه مدلسازی شده با هندسه نامی اطمینان حاصل شود. پس از آن متغیرهای مختلف طراحی را تغییر داده و تاثیر این تغییرات را بر عملکرد توربین ثبت می کنیم. ایجاد هر یک از این تغییرات در آزمایشگاه مستلزم انجام آزمایشات متعدد، صرف هزینه، زمان و نیروی انسانی بسیاری می باشد. همچنین می توان به جزئیاتی در رفتار و خواص جریان و نتایجی دست یافت که اندازه گیری و مشهاده ی آنها در آزمایشگاه یا ممکن نبوده و یا بسیار دشوار است. از بین روشهای متداول شبیه سازی روش مدلسازی سه بعدی به دلیل در برگرفتن جزئیات و دقت نسبت با سایر مدلها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

روشهای سه بعدی دقت محاسباتی بالایی دارند اما بدلیل حجم زیاد معادلات حاکم بر جریان نیاز به صرف زمان و هزینه محاسباتی بیشتری دارند.  معادلات حاکم بر جریان بکار رفته برای شبیه سازی سه بعدی یک توربو ماشین معادلات ناویر استوکس می باشند. در روشهای تحلیل سه بعدی از روش های CFD1 استفاده می شود و هیچ نوع ساده سازی در معادلات صورت نمی گیرد و معادلات به طور کامل گسسته سازی و حل نمی شوند.

1-3- پرسش های تحقیق ………………………………………………………. 3

  • تغییرات زاویه ای کدامیک از ردیف پره تاثیر بیشتری بر روی کارایی دارد ؟
  • تغییرات زاویه ای کدامیک از ردیف پره تاثیر بیشتری بر روی توان دارد ؟
  • چرا استاتور دارای تلرانس بسته تری می باشد ؟
  • کدامیک از مدلهای توربولانسی بای مدلسازی برای شبیه سازی مناسب تر است ؟

1-4- ضرورت و اهمیت تحقیق ………………………………………………….. 4

شرکت های بسیار محدودی در زمینه طراحی و ساخت پره های توربین مشغول به کارند. این شرکت هی اطلاعات و داده های خود را محرمانه نگهداری می کنند.  بدلیل هزینه بسیار بالای طراحی و ساخت مستقیم پره اکثر شرکت های فعال در زمینه ساخت پره از روش مهندسی معکوس اقدام به تامین نیازهای خود می نمایند. این شرکت ها باید تاثیر تغییرات ایجاد شده در روشهای تولید بر روی تلرانس ها را بدست آورند و تدابیر لازم برای خنثی کردن این انحرافات را اعمال کنند تا انحرافات ایجاد شده نسبت به هندسه نامی موجب کاهش کارایی و توان توربین نشود.

1-5- اهداف تحقیق ………………………………………………………………  5

  • مدلسازی سه بعدی توربین جریان محوری با استفاده از نرم افزار CFX
  • اعمال شرایط مرزی مختلف و بدست آوردن نتایج متفاوت
  • مقایسه نتایج و داده های حاصل از نرم افزار با داده های موجود
  • بررسی مدلهای مختلف توربولانی و انتخاب یک مدل مناسب برای توربین جریان محوری
  • اعتبارسنجی نتایج و بررسی دقت نرم افزار

1-6- پیشینه تحقیق ……………………………………………………………. 6

خطوط جریان در نمای سه بعدی

خطوط جریان در نمای سه بعدی

فصل دوم : آشنایی با توربین ………………………………………………….. 6

2-1-  توربین گاز …………………………………………………………………. 7

وسایل نقلیه زمینی برای حرکت کردن نیاز به نیروی عکس العمل اصطکاکی جاده برای حرکت کردن دارند به طوری که در شرایط جاده یخ زده یا شیب خیلی زیاد جاده به دلیل کاهش نیروی اصطکاک قادر به اعمال نیروی خود، به جاده نیستند زیرا نیروی عکس العملی وجود ندارد هر چند آن خودرو موتور قدرتمندی در اختیار داشته باشد بنابراین در خودروهای زمینی آخرین ایستگاه زورآزمایی نیروی عمل و عکس العمل محل تماس لاستیک و جاده می باشد. حال یک هواپیمای با موتور جت را در نظر بگیرید که در حال بلند شدن از باند فرودگاه می باشد در این مورد چرخ هواپیما فقط وزن آن را تحمل کرده است و در جلوبرندگی آن هیچ تاثیری ندارد پس نیروی عامل جلو برنده به چه صورت موجب حرکت رو به جلو می شود؟

بادکنکی را در نظر بگیرید که از هوای فشرده پر شده است. هوای تحت فشار به صورت ساکن در درون بادکنک قرار دارد حال اگر درب بادکنک را رها کنیم هوای فشرده شده به دلیل اختلاف فشار با هوای بیرون بادکنک از حالت سکون شتاب گرفته و در نهایت با یک سرعت اولیه از بادکنک خارج می شود اگر سطح داخلی بادکنک را سطح کنترل و هوای محبوس در آن حجم کنترل در نظر گرفته شود هرگاه یک بسته هوا از حالت سکون به سرعت خروجی دست یابد در واقع آن بسته از هوا شتاب مثبت گرفته است. طبق قانون دوم نیوتون هر جسمی تمایل دارد که سرعت اولیه خود را حفظ کند مگر آنکه نیروی خارجی بر آن اعمال شود. در این مثال نیز بدلیل تغییر سرعت هوای درون بادکنک نیروی عکس العملی بر پوسته ی بادکنک اعمال شده و بادکنک حرکتی در جهت خلاف شتاب گیری هوای خروجی انجام می دهد. اگر بادکنک را یک سیستم بسته در نظر بگیریم که به زودی هوای درون آن تمام می شود موتورهای توربین گاز در یک سیستم باز عمل می کنند. توربیین گاز مانند لوله ای است که هوا از یک طرف آن با یک سرعت اولیه وارد شده و از طرف دیگر با یک سرعت ثانویه خارج می شود. اگر سرعت هوای خروجی از لوله بیشتر از سرعت هوای ورودی باشد این به معنای آن است که هوا درون لوله شتاب مثبت گرفته است و طبق قانون دوم نیوتون موجب حرکت لوله در جهت عکس جریان می شود به ابن نیرو نیروی پیشرانه می گویند که در موتورهای جت و موشک ها عامل تولید نیرو محرکه می باشد.

همچنین می توانیم تعداد بیشتری پره در مسیر خروجی لوله قرار داده و سرعت خروجی هوا را دوباره کاهش داده و از طریق یک شفت یا گیربکس نیروی تولید شده را مورد استفاده قرار داد. به طور مثال در یک چرخ بال از گیربکس استفاده می شود.

2-2- سیکل ترمودینامیکی توربین گاز …………………………………………. 8

2-3- اجزای توربین گاز ………………………………………………………….. 9

2-3-1- کمپرسور ………………………………………………………………… 9

2-3-2- محفظه احتراق ………………………………………………………… 9

2-3-3- توربین ………………………………………………………………….. 10

2-4- شرایط مرزی  ورودی به توربین …………………………………………. 11

2-5- شرایط مرزی در خروج از توربین ………………………………………… 11

2-6- جریان بین پره ای ………………………………………………………….. 11

2-7- فاصله پره ها …………………………………………………………….. 11

2-8- شکل پره ها ………………………………………………………………. 12

شبکه سازمان یافته در نمای blade to blade

شبکه سازمان یافته در نمای blade to blade

فصل سوم : معادلات  حاکم بر جریان سیال ……………………………….  14

3-1- معادلات حاکم بر جریان آرام سیال در توربو ماشینها ………………… 15

جهت تحلیل رفتار جریان برای تمام جریان ها، معادلات بقای جرم و مومنتوم حل می شود. برای جریان های تراکم پذیر یا جریانهای شامل انتقال حرارت،معادلات بقای انرژی نیز حل می گردند.

معادلاتی که برای حل جریان باید گسسته سازی شوند شامل معادلات زیر می شود.

3-1-1- معادله بقای جرم …………………………………………………….. 15

ترم اول آهنگ تغییرات جرم درون حجم کنترل و در صورت پایدار بودن جریان این ترم صفر می شود یعنی مقدار جرم درون حجم کنترل تغییری نمی کند و ترم دوم آهنگ خالص شار جرمی از سطح کنترل را نشان می دهد. یعنی اختلاف جرم خروجی از سطوح کنترل. بنابراین هرگاه جرم خروجی از سطوح کنترل بیشتر باشد این ترم مثبت و در صورتیکه جرم ورودی به آن بیشتر باشد این ترم منفی می باشد.

3-1-2- معادله بقای ممنتوم …………………………………………………. 15

3-1-3- معادله ممان گردشی ………………………………………………. 15

3-1-4- معادلات ناویر استوکس …………………………………………….. 16

3-2- معادلات حاکم بر جریان آشفته ……………………………………… 16

3-2-1- معادله بقای جرم …………………………………………………… 18

3-2-2- معادله  بقای اندازه حرکت ………………………………………. 18

3-2-3- معادله انرژی ……………………………………………………… 19

3-2-4- معادله انرژی جنبشی اغتشاشی …………………………….. 19

3-2-5- معادله تنش رینولدزی  …………………………………………… 20

3-3- مدل های توربولانسی ……………………………………………… 20

3-3-1- مدل …………………………………………………………………. 20

3-3-2- مدل SST …………………………………………ا…………………. 22

نمودار اثرات تغییر در زاویه خروجی پره استاتور بر روی فشار کل

نمودار اثرات تغییر در زاویه خروجی پره استاتور بر روی فشار کل

فصل چهارم : شبیه سازی توربین ………………………………………… 23

4-1-  مقدمه ………………………………………………………………… 24

داده هایی که به عنوان مرجع این پژوهش به کار گرفته شده توسط دکتر جی- گروشاپ [16] از انستیتو ماشین های پرقدرت دانشگاه صنعتی هانوور آلمان به منظور اخذ درجه دکترا در سال 1977 مورد تحقیق قرار گرفته شده است. این فایل به فایل هانوفر [17] معروف است.

تجهیزات توربین شامل یک سیکل باز می باشد که عمل تخلیه به درون انمسفر صورت می گیرد. هوا به وسیله سه کمپرسور پیچشی موازی با توان حداکثر دبی حجمی 11 متر مکعب بر ثانیه و حداکثر فشار 4 بار تغذیه می شود. هوای فشرده شده از میان یک خنک کننده عبور می کند تا دمای هوای ورودی به توربین ثابت نگه داشته شود. یک شبکه مولد اغتشاش که د ر یک متری بالادست فلنج توربین نصب شده است سطح اغتشاشی در حد 2% در ست در جبهه ی ورودی توربین ایجاد می کند. قدرت توربین به وسیله ی یک ترمز جریان ادی جذب می شود. توربین و تجهیزات به صورت افقی بر روی پایه قرار دارند و شامل چهار طبقه می باشند و طوری طراحی شده است که در تمام طبقات در یک شعاع معین دارای مقطع پره مشابهی هستند. پره ها از نوع ورتکس آزاد می باشد. چیدمان طوری است که به ما اجازه می دهد که هر طبقه از چهار طبقه ی توربین را به طور جداگانه مورد آزمایش قرار دهیم.

شکل (4-1) نحوه چیدمان طبقه چهارم توربین هانوفر را به صورت مد تک طبقه نشان می دهد.

4-2- الگوریتم مدل سازی عددی ……………………………………….. 25

برای شبیه سازی عددی توربو ماشین از نرم افزار (ANSYS CFX  ) استفاده شده است و ترتیب مراحل شبیه سازی پره هانوفر در شکل (4-2) نشان داده شده است.

4-2-1- مدل سازی پره روتور و استاتور ………………………………… 25

شاید یکی از حساس ترین کارهای این پروژه ساخت مدل هندسی پره باشد چون هدف این پروژه بررسی تاثیر انحرافات هندسی پره می باشد و دقت از مرتبه صدم میلی متر و دهم درجه می باشد. یکی از مسائل چالش برانگیز وارد کردن شاخص های ورودی به محیط ترسیم دوبعدی پره نرم افزار می باشد زیرا شاخص های ورودی به نرم افزار با شاخص های داده شده فایل هانوفر به طور کامل مطابقت ندارد و برای رسم برخی از قسمت های پروفیل باید از روش آزمایش و خطا استفاده کرد.

برای مدل سازی هندسه روتور و استاتور محیط مولد پره 26 نرم افزار به کار گرفته می شود.

4-2-2- شبکه بندی هندسه …………………………………………… 30

برای تولید شبکه از نرم افزار توربو گرید 30 استفاده می شود. برای بدست آوردن دقت محاسباتی بالاتر داشتن یک شبکه مناسب اهمیت زیادی دارد. یکی از فاکتورهایی که در تولید شبکه باکیفیت موثر است ریزکردن المانهای شبکه می باشد. اما این خود موجب بیشتر شدن زمان محاسبه و نیاز به رایانه با توان بالاتر می شود که به طور کلی موجب بالا رفتن هزینه محاسباتی می شود راه حل پیشنهاد شده ریزتر کردن شبکه فقط در مکانهایی است که د ر آن گرادیانهای شدید وجود دارد. این مکان ها شامل ناحیه لقی نوک پره 31 نواحی اطراف پره و در نزدیکی دیواره 32 ها می باشد. در شکل شماره (4-7) این منظور یعنی ریزکردن شبکه به وضوح قابل مشاهده است. استراتژی دیگری که برای کاهش زمان محاسبه به کار می رود سازمان یافته کردن شبکه است. سازمان یافته بودن شبکه به این معنی است که وقتی داریم به لایه مرزی پره نزدیک می شویم نرخ ریز شدن شبکه چه اندازه باشد و این نرخ باید برای چه مکانهایی به کار رود. شکل شماره (4-8) سازمان یافته بودن شبکه بندی را نشان می دهد. با بکار بستن این دو استراتژی به دو هدف مهم می رسیم یکی اینکه زمان محاسبه یعنی هزینه محاسباتی کاهش می یابد و دوم اینکه خطای روش عددی کاهش می یابد.

البته رسیدن به اینه هر دو هدف نیاز به مهارت خاص و تمرین زیادی دارد به همین دلیل است که این بخش از شبیه سازی مستلزم صرف زمان عمده ای از کل فرایند شبیه سازی است. در شکل (4-9) هم شبکه ریز شده اطراف پره در یک نمای بزرگتر نمایش داده شده است.

4-2-3- حل جریان ………………………………………………………. 33

4-2-3-1- آ غاز …………………………………………………………. 34

4-2-3-2-  حل جریان …………………………………………………. 35

4-2-3-3- مشاهده نتایج …………………………………………….. 35

فصل پنجم : بررسی نتایج ………………………………………….. 37

5-1- نتایج اعتبار سنجی …………………………………………….. 38

در طی این کار چندین پره ساخته شد و همچنین تعداد زیادی از پره هایی که از قبل توسط همکارانی که بر روی فایل هانوفر کار کرده بودند مورد کنکاش قرار گرفت. با توجه به اینکه دقت مدل سازی با بررسی پروفیل سرعت خروجی و زاویه سیال خروجی از پره های روتور و استاتور مورد ارزیابی قرار می گیرد می توان با مقایسه بین نتایج تجربی فایل هانوفر و نتایج بدست آمده از نرم افزار دقت پژوهش را مورد بررسی قرار داد.  مشاهدات هم خوانی خوبی بین نتایج تجربی و این پژوهش را نشان می دهد که در ادامه به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد.

5-1-1- پروفیل سرعت خروجی از استاتور ………………………… 38

5-1-2- پروفیل سرعت خروجی از روتور …………………………….. 38

5-1-3- زاویه خروجی سیال از استاتور …………………………….. 41

5-1-4- زاویه  خروجی سیا از روتور …………………………………. 41

5-1-5- چند نمودار مهم از خروجی های CFX …………….ا………. 41

5-2- استاندارد تلرانس ………………………………………………. 44

5-2-1- تلرانس پروفیل ……………………………………………….. 44

5-2-2- تلرانس ضخامت ……………………………………………… 44

5-2-3- تلرانس طول کرد ……………………………………………. 45

5-2-4- تلرانس پیچش ………………………………………………. 45

5-2-5- تلرانس کمانش …………………………………………….. 45

5-3- شبیه سازی انحراف پره توربین … ……………………………46

در ابن کار تمام تمرکز بر اثر دو انحراف متداول که از زیر مجموعه ی تلرانس پیچش می باشند یعنی انحراف در زاویه نصب و انحراف در زاویه خروجی پره بر کارایی و توان یک طبقه از توربین متمرکز شده است. این زوایا در شکل (5-11) نشان داده شده است. اطلاعات کمی در مورد نوع انحرافاتی که در عمل پس از فرایند ساخت برای پره رخ می دهد موجود است که این اطلاعات با توجه به روشهای ساخت نیز متفاوت می باشد برای آنکه معیاری برای مثایسه این تحقیق و کارهای انجام شده وجود داشته باشد ابتدا یک استراتژی برای فرایند انجام شبیه سازی معین می شود که گامهای بعدی را طبق این استراتژی برداشته می شود. به دلیل درجه آزادی و احتمالات زیادی که در انحراف از هندسه نامی در عمل وجود دارد مجبوریم اقدام به یک سری از ساده سازی ها کنیم که در ادامه به آن اشاره می کنم.

5-3-1- انحراف در زاویه نصب … ……………………………….. 46

نمودار (5-12) مدلسازی این انحراف را نشان می دهد.

الف) انحراف زاویه نصب پره استاتور در جهت زیاد شدن زاویه حمله

ب) انحراف زاویه نصب پره استاتور در جهت کم شدن زاویه حمله

ج) انحراف زاویه نصب پره روتور در جهت زیاد شدن زاویه حمله

د) انحراف زاویه نصب پره روتور در جهت کم شدن زاویه حمله

5-3-2- انحراف در زاویه خروجی پره …………………………. 46

نمودار (5-12) مدلسازی این انحراف را نشان می دهد.

الف) انحراف در جهت افزایش زاویه خروجی پره استاتور

ب) انحراف در جهت کاهش زاویه خروجی پره استاتور

ج) انحراف در جهت افزایش زاویه خروجی پره روتور

د) انحراف در جهت کاهش زاویه خروجی پره روتور

5-4- نمودارهای بدست آمده ……………………………….. 47

5-5- تحلیل نمودارها ……………………………………….. 54

نتیجه گیری : ………………………………………………. 55

مراجع ………………………………………………………. 56

فهرست شکل ها

فصل دوم :

شکل 2-1- سیکل برایتون … 8

شکل 2-2- سیکل ترمودینامیکی واقعی توربین گاز … 9

شکل 2-3- مقایسه مراحل توربین گاز با موتورهای پیستونی … 10

شکل 2-4- پارامترهای هندسی پره … 13

فصل سوم :

شکل 3-1- نوسانات سرعت در جریان مغشوش … 17

فصل چهارم :

شکل 4-1- چیدمان آزمایش طبقه چهارم توربین هانوفر … 24

شکل 4-2-  سیکل  کلی فرآیند شبیه سازی … 25

شکل 4-3- نمایی نصف النهاری توربین هانوفر … 27

شکل 4-4- مقاطع پروفیل روتور واستاتور در چند شعاع مختلف … 27

شکل 4-5- طبقه چهارم  روتور و استاتور توربین هانوفر … 28

شکل 4-6- شناسه مشخصات هندسی ایرفویل پره ت وربین هانوور … 29

شکل 4-7- شبکه بندی پره روتور توربین هانوفر (مش حجمی) … 30

شکل 4-8- نرخ  ریز شدن شبکه اطراف پره … 31

شکل 4-9- شبکه سازمان یافته در نمای blade to blade … 31

فصل پنجم :

شکل 5-10- تلرانسهای تعریف شده برای یک پره … 45

شکل 5-11- زاویه نصب و خروجی پره که به ترتیب با آلفا و بتا … 47

شکل 5-12- زاویه استگر و خروجی پره … 47

فهرست نمودارها

فصل چهارم :

نمودار 4-10- تغییرات نسبت فشار بر حسب تع داد المان … 32

نمودار 4-11- بازده بر حسب تعداد المان … 33

فصل پنجم :

نمودار 5-1- مقایسه نتایج تجربی و محاسباتی سرعت محوری خروجی از استاو در راستای  شعاع … 39

نمودار 5-2- مقایسه نتایج تجربی و محاسباتی تغییرات سرعت محوری خروجی از روتور در راستای شعاع … 39

نمودار 5-3- مقایسه نتایج تجربی و محاسبه شده تغییرات زاویه سرعت خروجی از استاتور در راستای شعاعی … 40

نمودار 5-4-  مقایسه نتایج تجربی و محاسبه  شده تغییرات زاویه سرعت خروجی از روتور در راستای شعاعی … 40

نمودار 5-6- کانتور ماخ در نمای بین پره ای در ارتفاع 97 % پره روتور و استاتور… 42

نمودار 5-7- کانتور ماخ در نمای نصف النهاری پره ی روتور و استاتور …42

نمودار 5-8- خطوط جریان در نمای بین پره ای … 43

نمودار 5-9- خطوط  جریا ن در نمای  سه بعدی … 43

نمودار 5-13- اثرات تغییر در زاویه نصب استاتور بر روی کارایی … 48

نمودار 5-14- اثرات تغییر در زاویه نصب استاتور بر روی توان … 48

نمودار 5-15- اثرات تغییر در زاویه نصب استاتور بر روی نسبت فشار کل … 49

نمودار 5-16- اثرات تغییر در زاویه نصب روتوربر روی کارایی … 49

نمودار 5-17- اثرات تغییر در زاویه نصب روتور بر روی توان … 50

نمودار 5-18- اثرات تغییر در زاویه نصب روتور بر روی نسبت فشار کل … 50

نمودار 5-19- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره استاتور بروی  کارایی … 51

نمودار 5-20- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره استاتور بر روی توان … 51

نمودار 5-21- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره استاتور بر روی نسبت فشار کل … 52

نمودار 5-22- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره روتوربر بر روی کارایی … 52

نمودار 5-23- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره روتوربر روی توان … 53

نمودار 5-24- اثرات تغییر در زاویه خروجی پره روتوربر بر روی نسبت فشار کل… 53

فهرست جداول

فصل چهار :

جدول 4-1- مشخصات هندسی روتور و استاتور در 9 شعاع مختلف … 29


برای نگارش این فایل 16 مقاله انگلیسی استفاده شده است



مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید