چکیده

عملکرد توربوماشین ها با گذشت مدتی از زمان بهره برداری اولیه آن دچار تغییرات می شود. توربین ها نیز از این قاعده مستثنی نمی باشند. در هنگام بهره برداری به علت عواملی مانند ورود گرد و غبار به داخل توربین، ناخالصی های داخل سوخت، واکنش شیمیایی با آلودگیهای موجود در هوای ورودی یا سولفور موجود در سوخت، احتراق ناقص و تولید کربن نسوخته، پره های توربین دارای معایبی می شود. بررسی کمی تاثیر این عیوب بر عملکرد توربین از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. از سوی دیگر با توجه به پیچیدگی جریان درون توربین برای شناخت میدان جریان و دما درون طبقه توربین و محاسبه ی اثر عیوب نیاز به انجام تحلیل سه بعدی می باشد. امروزه با توجه به پیشرفت های به دست آمده در محاسبه با روش های عددی و افزایش توان محاسباتی کامپیوترها می توان جریان درون توربوماشین ها را به صورت کاملا سه بعدی مورد تجزیه  و تحلیل قرار داد.

در این پروژه به شبیه سازی جریان گاز در درون طبقه چهارم توربین هانوفر به صورت سه بعدی در نرم افزار ANSYS-CFX پرداخته و نتایج حاصل از حل جریان با نتایجی که توسط آزمایش به دست آمده اند مقایسه می شود. پس از اعتبار سنجی روش عددی به کار رفته، شرایط مرزی را تغییر داده و راندمان، ضرائب افت و سایر مقادیری که بیانگر عملکرد توربین سالم هستند به دست آورده می شود. سپس به بررسی اثر زبری و تغییرات هندسی ناشی از پدیده های خوردگی و رسوب در پره ها پرداخته و با اعمال زبری به میزان 106 و 400 بر پره های استاتور و روتور توربین، و همچنین ایجاد تغییراتی در هندسه ی پره مانند افزایش لقی نوک پره ی روتور و افزایش ضخامت هر یک از پره ها، تاثیر آنها بر عملکرد یک مرحله ی توربین بررسی می شود.

واژه های کلیدی : زبری پره، تغییرات هندسی پره، تحلیل سه بعدی جریان، شبیه سازی توربین، عملکرد توربین گازی

آموزش جامع نرم افزار Ansys

به مهندس برتر رشته خود تبدیل شوید

تحلیل کشش ، تحلیل گرمایی ، تحلیل هارمونیکی ، Design Modeler ، آموزش مدلسازی

تحلیل مودال ، حالت گذرا ، Meshing ، تحلیل تغییر فرم شدید و …

کلیک کنید

فهرست مطالب

تاثیر زبری های متفاوت بر تولید آنتروپی

تاثیر زبری های متفاوت بر تولید آنتروپی

فصل اول طرح موضوع

2-1- نگاه کلی بر موضوع پژوهش …………………………………………………… 2

توربو ماشین را به عنوان وسیله ای که با جریان پیوسته ی سیال متحرک انرژی تبادل می کند، به شکلی که انتقال انرژی ناشی از عمل دینامیکی یک یا چند ردیف پره ی چرخنده باشد، می توان تعریف کرد. در این میان توربین گازی نوعی از توربو ماشین است که در تولید انرژی نقش زیادی در صنعت دارد. بنابراین شناخت هر چه بیشتر اجزاء آن و نحوه ی عملکرد آنها و همچنین عوامل تاثیر بر کارکرد آن، اعم از عوامل بهبود دهنده و یا عوامل مخرب، تاثیر بسزایی در بهره گیری هر چه بیشتر از قابلیت های توربین گازی و بهینه سازی آن خواهد داشت.

یک راه برای بدست آوردن این اطلاعات، انجام آزمایش است. اما در دسترس نبودن برخی تجهیزات آزمایشگاهی از یک سو و پرهزینه و زمان بر بودن آزمایشات مختلف از سوی دیگر و محدودین منابع انسانی و مالی، موانعی در استفاده از روش های آزمایشگاهی در تحلیل عملکرد توربو ماشینها ایجاد کرده اند. از آنجایی که معادلات حاکم بر سیال شناخته شده هستند می توان از تخمین های عددی برای حل این معادلات بهره جست و با استفاده از کامپیوترها در حل معادلات جریان، برخی آزمایش های پرهزینه را با این روش جایگزین کرد. ترکیب حل عددی و آزمایشات تجربی می تواند سبب افزایش دقت پیش بینی، کاهش هزینه ها و زمان شود.

به دلیل مواجه بودن بخش توربین یک موتور توربین گاز با دمای بالا و خصوصیات متفاوت گاز ورودی به آن که بستگی به نوع و کیفیت سوخت مورد استفاده و بر هم کنش مواد موجود در هوا و سوخت بر همدیگر دارد، عملکرد توربین در حین کارکرد در معرض کاهش قرار می گیرد. این عوامل منجر به افزایش زبری سطح پره یا تغییر شکل آن می شوند. تغییرات رخ داده در پره توربین اثرات غیر قابل اجتنابی بر کارایی توربین خاهد داشت که  در این پژوهش به بررسی برخی از این تغییرات و اثرات آنها پرداخته می شود. برای به دست آوردن درک کلی از جریان گاز و تخمین اثر تغییرات رخ داده در توربین، از روش عددی و با نرم افزاری که با این روش مسئله را حل می کند استفاده شده است.

سوالاتی که پس از مطالعه ی این پژوهش به پاسخ آنها دست خواهیم یافت عبارتند از :

  • توربین گازی چیست، عملکرد ان چگونه سنجیده می شود و عوامل موثر بر عملکرد آن چه هستند؟
  • جریان سیال موجود در توربین گازی چه خصوصیاتی دارد و معادلات حاکم بر آن کدامند؟
  • پدیده ی زبری چیست، چگونه ایجاد می شود؟ چگونه می توان آن را مدل کرد؟
  • زبری پره چگونه بر عملکرد توربین تاثیر می گذارد و نتایج این تاثیرات چیست؟
  • رسوب و خوردگی پره چگونه ایجاد می شوند، چگونه هندسه را تغییر می دهند و تاثیر آنها بر عملکرد توربین چیست؟

2-2- ضرورت و اهمیت پژوهش ……………………………………………… 3

پیش بینی تاثیر فرسودگی و عیوب بر کارایی موتور بسیار بحث برانگیز است زیرا کارایی یک موتور توربین گاز تابعی از عملکرد همزمان سه جزء اصلی آن یعنی کمپرسور، محفظه ی احتراق و توربین است. هر یک از این اجزاء در طول عمر خود دچار فرسودگی شده و بر عملکرد کلی سیستم تاثیر می گذارد. به عنوان مثال کاهش %1/2 راندمان کمپرسور و %5/0 کاهش راندمان توربین %5 کاهش جریان گاز (بر اثر گرفتگی مجاری با رسوبات) و منجر به کاهشی به مقدار %6/8 در قدرت خروجی و %5/3 در راندمان موتور توربین گازی می شود [15] و یا کاهش %1 در راندمان توربین، باعث کاهش قدرت خروجی به مقدار %7/3 می گردد [16].

بنابراین پی بردن به مکانیزم این عیوب و تاثیری که بر عملکرد اجزاء موتور می گذارند بحثی قابل توجه و با اهمیت می باشد تا علاوه بر پیش گیری های ممکن، در تعمیرات و بازرسی های دوره ای به آنها توجه شود. به هر حال اگرچه عیوب توربین به طور کامل قابل ترمیم نیستند اما بزرگی آنها را در بازدیدها و تعمیرات دوره ای قابل کنترل است. حتی ممکن است با تعویض قطعاتی خاص راندمان توربین را به حد راندمان توربین نو رسانید [15].

به علاوه، پس از شبیه سازی توربین و اعتبار سنجی توربین سالم با نتایج آزمایشگاهی، می توان متغیرهای مختلف طراحی را تغییر داد و تاثیر این تغییرات را بر عملکرد توربین سنجید. در حالی که ایجاد هر یک از این تغییرات در آزمایشگاه متضمن 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 مشاهده ی آنها در آزمایشگاه یا ممکن نیست و یا بسیار دشوار است. از دیگر نکات مثبت استفاده از این روش، توانایی در تعریف شرایط مرزی و محیطی مختلف در نرم افزار می باشد. با استفاده از روش های عددی و شبیه سازی کامپیوتری، می توان در زمان کوتاه تر و با صرف هزینه ی کمتر، با مدد گرفتن از حل های عددی تایید شده یا آزمایشات انجام شده، به نتایج مطلوب دست یافت.

بدین ترتیب قسمت های حساس تر توربین نسبت به شرایط کاری قابل شناسایی خواهد بود و طراحی اجزاء و ساخت مواد و تمهیدات مربوط به خنک کاری جهت به حداقل رساندن عیوب در این بخش ها به طور دقیق تر انجام خواهد گرفت تا همراه با نگه داشتن هزینه ها در سطح معقول، کاهش عملکرد به حداقل برسد.

2-1- پیشینه ی پژوهش …………………………………………….. 4

1-4- اهداف پژوهش ……………………………………………….. 14

بردار های سرعت در گذر گاه بین پرخ خا در 20 درصد ارتفاع پره در شرایط نقطه طراحی

بردار های سرعت در گذر گاه بین پرخ خا در 20 درصد ارتفاع پره در شرایط نقطه طراحی

فصل دوم مروری بر ادبیات فن

2-1- مقدمه ……………………………………………………….. 16

در این بخش ابتدا معادلات حاکم بر سیال، جریان مغشوش، توربین، توصیف می شود. سپس به توضیحاتی در رابطه با توربین گاز، سیکل، راندمان و اجزای آن پرداخته و منحنی های مشخصه نیز بررسی می گردند. در ادامه مطالبی در زمینه ی ایرودینامیک پره، جریان های موجود در گذرگاه پره های توربین، ضرائب افت پره ها که ناشی از اصطکاک و اغتشاش جریان می باشند، پدیده ی زبری و تاثیر آن بر توابع دیواره، و در نهایت دلایل ایجاد عیوب در پره های توربین ارائه خواهد شد.

2-2- معادلات حاکم بر جریان ………………………………….. 16

جهت تحلیل رفتار جریان برای تمام جریان ها، معادلات بقای جرم و مومنتوم حل می شود. برای جریان های تراکم پذیر یا جریان های شامل انتقال حرارت، معادلات بقای انرژی نیز حل می گردند. هنگامی که جریان مغشوش باشد باید از معادلات مدلسازی اغتشاش استفاده نمود. هدف از مدلسازی جریانات آشفته تعیین ترمهایی از قبیل تنش رینولدز، شار جرمی آشفته و یا حرارتی آشفته با استفاده از ارتباط دادن مقادیر کمیتهای مزبور به کمیتهای جریان متوسط و بالاخص گرادیان های موجود در جریان متوسط می باشد.

2-2-1- معادله بقای جرم ……………………………………. 16

2-2-2- معادله اندازه حرکت ………………………………… 17

2-2-3- معادله انرژی ………………………………………… 18

2-2-4- معادله ی انرژی جنبشی اغتشاش …………….. 18

2-2-5- معادله ی تنش رینولدزی …………………………. 19

2-3- مدل های اغتشاش ………………………………….. 20

2-2-1- مدل های برمبنای روش لزجت گردابه ای  ……… 20

2-3-1-1- مدل صفر معادله ای ……………………………. 20

2-3-1-2- مدل های یک معادله ای ………………………. 21

2-3-1-3- مدل های دو معادله ای ……………………….. 21

ج- مدل های تنش رینولدزی ……………………………… 26

د- روش LES یا گردابه های بزرگ اغتشاش …………….. 26

ه- روش DNS یا شبیه سازی عدد مستقیم اغتشاش … 27

2-4- توابع دیوار در جریان مغشوش ………………………. 27

2-5- پدیده ی زبری و تاثیر آن بر معادلات جریان …………. 29

2-5-1- رژیم های زبری …………………………………… 30

2-5-2-  تاثیر زبری بر توابع دیوار ………………………… 32

2-6- توربین گاز …………………………………………… 33

2-6-1- سیکل و اجزای توربین گاز …………………….. 34

2-6-2- شرایط ورودی و خروجی توربین گاز ………….. 36

2-6-3- تبدیل انرژی در توربین گاز …………………….. 36

2-6-4- راندمان توربین گاز …………………………….. 37

2-6-5- مرحله ی توربین  …………………………….. 39

2-7-  هندسه ی پره های تورببین ………………….. 41

2-8- جریان های ثانویه در مجرای بیم پره ها …….. 41

2-9- انواع تلفات در پره ها و محاسبه ی آنها …….. 43

2-10- دلایل ایجاد انواع عیوب در پره ها ………….. 46

2-10-1- خوردگی داغ ……………………………… 47

2-10-2- سائیدگی …………………………………. 48

2-10-3- رسوب و جرم گرفتگی پره ها ………….. 48

2-10-4- سایش  سرپره ها ………………………. 49

2-10-5- ترک های ناشی از خستگی حرارتی، سوختن پره ها … 49

2-10-6- ترکهای ناشی از ارتعاش پره ……………………………. 50

2-10-7- خسارات ناشی از برخورد قطعات آزاد ………………… 50

سطح آنتروپی خروجی پره ی روتور به همراه خطوط جریان در شرایط نقطه ی طراحی

سطح آنتروپی خروجی پره ی روتور به همراه خطوط جریان در شرایط نقطه ی طراحی

فصل سوم مدلسازی توربین هانوفر

3-1- مقدمه ………………………………………………………. 53

توربین و کمپرسور از اجزای مهم توربین گاز می باشند و با توجه به تاثیر بسزای عملکرد آنها بر کارایی سیستم، تحلیل عملکردشان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. روش هایی با هزینه های محاسباتی و دقت های مختلف برای شبیه سازی توربو ماشین ها وجود دارد.

هر یک از روش ها موارد کاربردی خاص خود را دارند. به طور مثال برای مواردی که زمان مهم نبوده و هدف تحلیل و شبیه سازی پدیده های مختلف جریان سیال در توربین یا کمپرسور باشد روش های سطح بالاتر و در مواردی مانند تحلیل سیکلی یا بررسی اثرات ناپایداری از مدل های سطح پایین تر که هزینه محاسباتی کمتری دارند استفاده می شود.

3-2- شبیه سازی توربین هانوفر  ……………………………. 53

جهت شبیه سازی توربو ماشین ها، مراحل مشخص فرآیند شبیه سازی باید طی شوند که مستقل از نوع شبیه سازی و شامل مراحل زیر می باشند :

  • تولید هندسه
  • تولید شبکه
  • شرایط اولیه و شرایط مرزی
  • حل
  • تحلیل نهایی

جهت شبیه سازی سه بعدی یک توربو ماشین، باید معادلات ناویر استوکس حاکم بر جریان در آن حل شوند. در روشهای تحلیل سه بعدی که از روشهای CFD استفاده می کنند عموماً هیچ نوع ساده سازی در معادلات صورت نمی گیرد و معادلات به طور کامل گسسته سازی و حل می شوند.

برای انجام این نوع تحلیل از ابزار تحلیل سه بعدی ANSYS-CFX استفاده می شود. این ابزار قابلیت حل جریان تراکم پذیر سه بعدی با در نظر گرفتن همه ملاحظات مانند مدل های مختلف توربولانس و اعمال شرایط مرزی دلخواه و …. را دارا می باشد.

3-2-1- مشخصات توربین هانوفر ……………………… 54

3-2-2- تولید هندسه ………………………………….. 55

3-2-3- تولید شبکه ……………………………………. 57

3-2-4- تعریف شرایط مرزی و تحلیل جریان …………. 61

CFX برای حل عددی معادلات حاکم از روش حجم کنترل استفاده می کند. یعنی ابتدا حوزه ی حل به حجم های کنترل مجزا با استفاده از شبکه ی محاسباتی تقسیم می شود. سپس از معادلات حاکم بر روی حجم های کنترل برای ساخت معادلات جبری برای متغیرهای مجهول به صورت مجزا انتگرال گیری می کند. پس از آن، معادلات مجزا را خطی ساخته و آنها را تا رسیدن به مقادیر جدید متغیرها حل می کند. در صورتی که باقیمانده ی معادلات 44 در پایان هر تکرار از حل، معیار همگرایی را ارضا کند، حل متوقف می شود. در غیر این صورت از مقادیر به دست آمده برای مرحله ی بعد استفاده می شود.

پس از شبکه بندی، می بایست مدل شبکه بندی شده را وارد محیط ANSYS-CFX Pre نمود و اطلاعات مربوط به پره ها (تعداد پره ها، سرعت دوران و میزان لقی پره های روتور و…)، نوع سیال مورد استفاده و در نهایت شرایط مرزی و مدل توربولانسی را تنظیم نمود. تحلیل جریان دارای سه مرحله می باشد.

الف) ابتدا مدلهای شبکه بندی شده را وارد محیط ANSYS-CFX Pre کرده سپس اطلاعات مربوط به پره ها (تعداد پره ها، سرعت دوران و میزان لقی پره های روتور و…)، نوع سیال مورد استفاده و خواص سیال، شرایط مرزی و در نهایت مدل توربولانس اعمال می شوند. از نکات مهم در این قسمت انتخاب مدل توربولانس مناسب می باشد زیرا مدل های توربو لانس اثرات زیادی بر روی زمان حل و همچنین صحت جوابها دارند، بنابراین برای انتخاب مدل مناسب باید شناخت خوبی از مدل های موجود و همچنین فیزیک جریان موجود داشت.

3-4- مدلسازی توربین معیوب………………………. … 66

3-4-1- اعمال زبری بر پره های توربین ………………. 67

3-4-2- اعمال تغییرات هندسه بر پره های توربین … 68

عوامل مختلفی سبب ایجاد تغییرات پروفیل ایرفویل های روتور و استاتور می شود که از آن جمله می توان به خوردگی و رسوب در پره ها اشاره نمود. در این پروژه تغییرات هندسی مورد بررسی، به همین دو بخش محدود می شوند. با توجه به تحقیقات انجام گرفته، تغییر شکل هندسی پره بر اثر رسوب و خوردگی، به شدت تحت تاثیر هندسه ی پره، سرعت جریان و اندازه ی ذرات می باشد و می تواند به شکل های مختلف ظاهر گردد. [8] و [12] و [13] و [14]

در هر حال باید اثرات ناشی از این تغییرات و میزان آن ها مشخص گردد و بتوان تعیین کرد که چه تغییرات هندسی در واقعیت وجود داشته و این تغییرات چه اثراتی بر بازده توربین یا پره دارند و اینکه آیا تمام نقاط روی پره نسبت به تغییرات هندسی حساسیت یکسانی دارند یا خیر. با توجه به بررسی ها و مشاهداتی که بر روی توربین های گازی انجام شده است و خلاصه ای از آنها در فصل یک ذکر گردید، تغییرات هندسه ی پره در توربین بر اثر رسوب ذرات موجود در جریان، بیشتر در اولین ردیف پره ها یعنی پره های ثابت رخ می دهد. با توجه به هندسه ی توربین موجود و خطوط جریان سیال، جهت تغییرات هندسی، افزایش فضای خالی نوک پره ی روتور به مقدارهای mµ 500 و mµ 1000 بر اثر خوردگی و افزایش ضخامت پره های استاتور و روتور بر اثر رسوب است. افزایش ضخامت با توجه با مطالعات پیشین و با مشاهده ی نتایج تجربی در نظر گرفته شده است. [12] و [13] و [14]

تولید آنتروپی در صفحات عمود بر جریان در پره با لقی

تولید آنتروپی در صفحات عمود بر جریان در پره با لقی

فصل چهارم یافته های پژوهش

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………… 70

در این بخش نتایج حاصل از حل مسئله توسط نرم افزار ANSYS-CFX با اعمال شرایط مرزی مختلف در شکل ها و نمودارها و جداولی که در بخش های بعدی می آیند، ارائه شده است. این نتایج در بخشی از نرم افزار تحت عنوان محیط CFX-Post به دست امده و شامل نتایج حاصل از شبیه سازی توربین سالم و نتایج حاصل از شبیه سازی توربین معیوب (بر اثر زبری، خوردگی و رسوب پره ها) می باشد. در بخش 4-2، علاوه بر مقادیر مشخص کننده ی عملکرد توربین، نتایجی مرتبط با بررسی جریان گاز توربین آورده شده است. پس از ارائه ی نتایج حاصل از شبیه سازی توربین معیوب در بخش های 4-3 و 4-4، در بخش 4-5 به بررسی و تحلیل آنها پرداخته و پیشنهاداتی جهت ادامه ی پژوهش ارائه شده است.

4-2- نتایج حاصل از شبیه سازی توربین سالم …………………………………… 70

در بررسی جریان در توربین، مشخصات جریان در بین پره ها در قطر متوسط پره (متوسط قطر داخلی و خارجی پره) بررسی می شود تا وجود دیواره ها تاثیر زیادی بر خصوصیات جریان نداشته باشد. در شکل

4-1 بردارهای سرعت نسبی در گذرگاه بین پره ها در قطر متوسط پره نشان داده شده است. مشاهده می شود در هیچ نقطه ای جدایش صورت نگرفته که نشان دهنده ی شرایط طراحی می باشد زیرا در شرایط دور از نقطه ی طراحی 47، به خصوص در نقاط با گرادیان فشار معکوس جدایش دیده می شود. در شکل های 4-1 و 4-2 و 4-3 بردارهای سرعت نسبی به ترتیب در 50، 20 و 10 درصد ارتفاع پره نشان داده شده اند. نمای سه بعدی خطوط جریان در روتور توربین نیز در شکل 4-4 ارائه شده است. همانطور که در بخش 2-8 اشاره گردید، گردابه ی گذرگاه از حدوداً اواسط گذرگاه شکل گرفته و به سمت بالا حرکت کرده است. شکل گیری این گردابه ها در کاهش راندمان ردیف مستقیماً اثر گذارند. در مواردی که لقی در نوک زیاد باشد، شاهد گردابه هایی در نوک پره ها نیز خواهیم بود.

4-3- نتایج حاصل از اعمال زبری بر پره های توربین و مقایسه با توربین سالم … 80

4-4- نتایج حاصل از اعمال تغییرات هندسی پره بر توربین ……………………….. 95

4-4-1- نتایج حاصل از افزایش لقی نوک پره ی روتور …………………………….. 95

4-2-2- نتایج ناشی از افزایش ضخامت پره های ردیف استاتور و روتور ……….. 104

4-5- سهم هر یک از عیوب در کاهش راندمان کلی …………………………….. 110

فصل پنجم

5-1- مقدمه …………………………………………………………………………. 114

در این پروژه، بررسی و تحلیل اثرات زبری و برخی از تغییرات هندسی بر کارایی مرحله ی توربین مورد نظر بوده است. در ابتدا به روش سه بعدی شبیه سازی طبقه ی چهارم هانوفر انجام شده و با استفاده از نتایج تست تجربی مربوط صحت سنجی شد. با مقایسه ی نتایج، تطابق خوبی بین نتایج حاصل از تحلیل طبقه ی توربین با نتایج تجربی مشاهده و از مدل ساخته شده برای بررسی آثار عیوب استفاده گردید.

در ادامه با اعمال زبری و تغییراتی در هندسه ی پره ها، مشخصه های کارایی توربین به دست آمد و با حالت سالم مقایسه شد.

5-2- تحلیل و نتیجه گیری ……………………………………………………….. 114

5-3- پیشنهادهایی برای پژوهش های بعدی ……………………………… 116

فهرست مقالات ارائه شده ……………………………………………………… 117

منابع و مراجع ……………………………………………………………………. 118

نمای نصف النهاری مرحله توربین در لقی نوک به مقدار 1mm

نمای نصف النهاری مرحله توربین در لقی نوک به مقدار 1mm

فهرست جداول

فصل اول

جدول 1-1- تاثیر زبری های متفاوت بر ضریب کار مرحله [2] … 6

فصل سوم

جدول 3-1- شرایط مرزی مختلف در ورودی به طبقه ی چهارم توربین هانوفر آزمایش شده … 55

فصل چهارم

جدول 4-1- راندمان توربین در حالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور rpm 7500 … 81

جدول 4-2- راندمان توربین در حالت های صاف، استاتور زبر و روتور زبر با زبری 400 در دور rpm 7500 ….ا… 82

جدول 4-3- ضرائب افت پره استات.ر در حالت های صاف و زبر و زبری 106 و 400 در دور 7500 … 83

جدول 4-4-  ضرائب افت پره ی روتور در حالت های صاف و زبر و زبری 106 و 400 در دور 7500 … 83

جدول 4-5- مقایسه بین ضرائب افت پره های استاتور و روتور درحالت های صاف، استاتور زبر، روتور زبر و هر دو پره زبر با زبری 400 در دور rpm 7500 …….ا. 85

جدول 4-6- زوایای بردارهای سرعت در حالت پره صاف و زبر با زبری 400 در دبی 1/0 و در قطر متوسط پره … 85

جدول 4-7- ضریب کارپره های صاف و زبر با زبری 400 در دبی 1/0 و در دور rpm 7500 ……..ا. 86

جدول 4-8- مقایسه بین افت دما دور توربین در حالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور rpm  7500 …………ا.. 92

جدول 4-9- مقایسه افت فشار کل در یک مرحله ی توربین درحالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور 7500 … 93

جدول 4-10- راندمان توربین در مقادیر مختلف لقی نوک پره در دور rpm 7500 ………..ا. 96

جدول 4-11- ضرائب افت پره استاتور در مقادیر مختلف لقی نوک پره در دور rpm 7500 …………ا. 102

جدول 4-12- ضرائب افت پره ی روتور در مقادیر مختلف لقی نوک پره در دور rpm 7500  ………….ا. 103

جدول 4-13- راندمان توربین در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور rpm 7500  ……………ا. 105

جدول 4-14- ضرائب افت پره ی استاتور در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور rpm 7500…………ا. 107

جدول 4-15- ضرائب افت پره ی روتور در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور rpm  7500 ………..ا 108

جدول 4-16- زوایای بردارهای سرعت در پره ی با ضخامت افزایش یافته و پره با ضخامت اولیه دبی 1/0 و دور rpm 7500 در قطر متوسط پره … 110

جدول 4-17- ضریب کار برای پره های اولیه و افزایش ضخامت یافته در دبی 1/0 و در دور rpm 7500 ……ا  111

جدول 4-18- راندمان حالت های مختلف اعمال عیوب بر پره های توربین …112

خط مسیر ذرات برای ذراتی به ابعاد 30 میکرون

خط مسیر ذرات برای ذراتی به ابعاد 30 میکرون

فهرست نمودار

فصل دوم

نمودار 2-1- نمودار T-S سیکل واقعی توربین گاز [20] … 35

نمودار 2-2- نمودار دما – انتروپی در فرآیند انبساط [17] … 38

نمودار 2-3- نمودار T-S برای یک طبقه عکس العمل توربین [18] … 45

فصل سوم

نمودار 3-1- راندمان توربین بر حسب تعداد المان … 60

نمودار 3-2- نمودار خطا بر حسب تکرار در محیط CFX-SOLVER … 64

فصل چهارم

نمودار 4-1- تغییرات مشخصه ی چرمی بر حسب نسبت فشار … 77

نمودار 4-2- تغییرات راندمان بر حسب نسبت فشار … 77

نمودار 4-3- افت درجه حرارت بر حسب نسبت فشار … 78

نمودار 4-4- ضرائب افت اصطکاکی استاتور و روتور بر حسب دبی جرمی … 79

نمودار 4-5- راندمان توربین در حالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور rpm 7500 ……..ا 81

نمودار 4-6- ضرائب افت پره ی استاتور در حالت های صاف و زبر و زبری 106 و 400 در دور rpm 7500 ……..ا. 83

نمودار 4-7- ضرائب افت پره روتور در حالت های صاف و زبر و زبری 106 و 400 در دور rmp 7500 ……ا. 84

نمودار 4-8- مقایسه بین افت دما در توربین در حالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور rmp 7500 ……..ا 92

نمودار 4-9- مقایسه افت فشار کل در یک مرحله ی توربین در حالت های صاف و زبری 106 و 400 در دور rmp 7500 …..ا.. 93

نمودار 4-10- راندمان توربین در مقادیر مختلف لقی نوک پره در دور rmp 7500 …..ا.. 97

نمودار 4-11- ضرائب افت پره ی استاتوردر مقادیر  مختلف لقی نوک پره در دور rmp 7500 …………ا 102

نمودار 4-12- ضرائب افت پره ی روتور در مقادیر  مختلف لقی نوک پره در دور rmp 7500 ……………ا 103

نمودار 4-13- راندمان توربین در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور rmp 7500 ……….ا. 106

نمودار 4-14- ضرائب افت پره ی اتساتور در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور rmp 7500 … ……ا107

نمودار 4-15- ضرائب افت پره ی روتور در ضخامت اولیه و ضخامت افزایش یافته در دور  rmp 7500 ……….ا. 108

نمودار 4-16- راندمان مرحله ی توربین در حالت های ناشی از زبری، لقی پره ی روتور و افزایش ضخامت rmp 7500 …..ا. 112

ضرائب افت پره ی روتور در ضخامت افزایش یافته در دور 7500 rpm

ضرائب افت پره ی روتور در ضخامت افزایش یافته در دور 7500 rpm

فهرست شکل ها

فصل اول

شکل 1-1- تاثیر افزایش ارتفاع زبری بر نیمرخ سرعت در جریان کاملا مغشوش [1] … 5

شکل 1-2- تاثیر زبری های متفاوت  بر تولید انتروپی [2] … 7

شکل 1-3- آسیب های وارده بر لبه های حمله [6] … 9

شکل 1-4- خوردگی در پره (A) سمت فشار، (B) سمت مکش [6] … 9

شکل 1-5- پره ی شکسته شده [7] … 10

(ج) mm015/0 (د) mm 018/0 [12] … 11

شکل 1-7- خط مسیر ذرات برای ذراتی به ابعاد 30 میکرون (الف) روتور، (ب) استاتور [13] … 12

شکل 1-8- رسوب های آتشفشانی در پره های استاتور توربین [14] … 13

شکل 1-9- خط مسیر ذرات در یک مرحله از توربین [14] … 13

فصل دوم

شکل 2-1-  پروفیل های سرعت لایه مرزی مغشوش تجربی برای گرادیان های فشار مختلف [21] … 28

شکل 2-2- نواحی مختلف در لایه مرزی مغشوش … [27]

شکل 2-3- اثر ترم انتقال زبری در نمودار در ناحیه لگاریتمی [27] … 33

شکل 2-4- نمای شماتیک یک توربین گاز به همراه الف- نمودار P-V ب- نمودار S-T [10] ……ا.. 35

شکل 2-5- یک طبقه از توربین محوری و مثلث های سرعت [19] … 40

شکل 2-6-  مثلث های سرعت بر هم نهاده [19] … 40

شکل 2-7- گردابه های موجود در مجرای جریان [8] … 43

شکل 2-8- خطوط جریان  سیال در نزدیکی دیواره ی هاب [8] … 43

شکل 2-9- مقطع عرضی توربین به صورت شماتیک [11] … 44

فصل سوم

شکل 3-1- هندسه ی 3 بعدی توربین هانوفر … 56

شکل 3-2- نمای نصف النهاری از طبقه ی چهارم توربین هانوفر … 57

شکل 3-3- نقشه ی مقاطع مختلف توربین گازی هانوفر (الف) استاتور، (ب) روتور … 57

شکل 3-4- شبکه بندی انجام شده در (تلف) روتور و (ب) استاتور … 59

شکل 3-5- شبکه بندی سه بعدی روتوربا استفاده از نرم افزار TURBO GRID ……..ا 59

شکل 3-6- مدل سه بعدی استاتور و روتور با اعمال شرایط مرزی … 64

شکل 3-7- مقایسه ی نتایج تجربی و محاسبه شده تغییرات سرعت محوری خروجی از استاتور در راستای شعاع در نقطه طراحی … 65

شکل 3-8- مقایسه ی نتایج تجربی و محاسبه شده تغییرات سرعت محوری خروجی از روتور در راستای شعاع در نقطه طراحی … 66

فصل چهارم

شکل 4-1- بردارهای سرعت در گذرگاه بین پره ها در قطر متوسط پره در شرایط نقطه ی طراحی … 71

شکل 4-2- بردارهای سرعت در گذرگاه بین پره ها در 20 درصد ارتفاع پره در شرایط نقطه ی طراحی … 72

شکل 4-3- بردارهای سرعت در گذرگاه بین پره ها در 10 درصد ارتفاع پره در شرایط نقطه ی طراحی  … 72

شکل 4-4- نمای سه بعدی خطوط جریان در روتور توربین در شرایط نقطه ی طراحی … 73

شکل 4-5- سطحی انتروپی خروجی پره روتور به همراه خطوط جریان در شرایط نقطه ی طراحی … 73

شکل 4-6- تغییرات عدد ماخ در مقطع 50 درصد ارتفاع شعاعی پره ی روتور در شرایط نقطه ی طراحی  … 74

شکل 4-7- تغییرات فشار کل در طول مرحله توربین در شرایط نقطه ی طراحی … 75

شکل 4-8- تغییرات انتالپی کل در طول مرحله ی توربین در شرایط نقطه ی طراحی … 76

شکل 4-9- بردارهای سرعت در 10 درصد ارتفاع پره با دبی (الف) 06/0 و (ب) 1/0 … 80

شکل 4-10- مثلث های سرعت توربین در دو حالت سطح صاف و زبری 400 در دبی 1/0 و در قطر متوسط پره … 86

شکل 4-11- توزیع مولفه ی سرعت در پره ی روتور با سطح  صاف در دبی 1/0 … 87

شکل 4-12- توزیع مولفه سرعت در پره ی روتور با زبری سطح 400 و در دبی 1/0 … 87

شکل 4-13- بردارهای سرعت در لبه ی فرار پره استاتور با سطح صاف در قطر متوسط پره … 88

شکل 4-14- برد ارهای سرعت در لبه ی فرار پره ی استاتور با سطح به زبری 400 در قطر متوسط پره … 89

شکل 4-15- بردارهای سرعت در لبه ی فرار پره ی روتور با سطح صاف در قطر متوسط پره … 89

شکل 4-16- بردارهای سرعت در لبه ی فرار پره روتور با سطح به زبری 400 در قطر متوسط پره … 90

شکل 4-17- تولید انتروپی در خروجی پره ی روتور با سطح  صاف در قطر متوسط پره  … 91

شکل 4-18- تولید انتروپی در خروجی پره ی روتور با سطح به زبری 400 در قطر  متوسط پره …  91

شکل 4-19- فشار کل در دبی 1/0 و دور rpm 7500 در یک مرحله ی توربین با پره های صاف … 94

شکل 4-20- فشار کل در دبی 1/0 و دور rpm 7500 در یک مرحله ی توربین با پره های با زبری 400 … 94

شکل 4-21- تولید انتروپی در دبی 1/0 و دور rpm 7500 در یک مرحله ی توربین با پره های صاف … 95

شکل 4-22- تولید انتروپی در دبی 1/0 و دور rpm 7500 در یک مرحله ی توربین با پره های با زبری 400 … 94

شکل 4-23- نشتی جریان در پره ی اولیه با لقی MM 24/0 در دبی 1/0… 97

شکل 4-24- نشتی جریان پس از افزایش لقی پره ی روتور به MM 1 در دبی 1/0… 98

شکل 4-25- تولید انتروپی در صحفات عمود  بر جریان در پره ی اولیه در دبی 1/0… 98

شکل 4-26- تولید انتروپی در صفحات عمود بر جریان در پره ی بالقی MM 1 در دبی 1/0… 98

شکل 4-27-  جریان های عرضی در پوسته ی توربین در پره اولیه بالقی MM 24/0 در بی 1/0… 99

شکل 4-28- جریان های عرضی در پوسته ی توربین پس از افزایش  لقی پره ی روتور به 1MM  در دبی  1/0 … 100

شکل 4-29- نمای نصف النهاری مرحله  ی توربین در لقی نوک پره اولیه به مقدار MM 24/1011000

شکل 4-30- نمای نصف النهاری مرحله ی توربین در لقی نوک پره به مقدار MM 1 ……..ا. 101

شکل 4-31- نمای سه بعدی خطوط جریان در روتور توربین در دبی 1/0 و دور rpm 7500 ولقی نوک پره MM 24/0 …..ا.. 104

شکل 4-32- نمای سه بعدی خطوط جریان در روتور توربین در دبی 1/0 و دور rpm 7500 ولقی نوک پره MM 24/0 ……..ا. 104

شکل 4-33- بردارهای سرعت در 20 درصد ارتفاع پره و دبی 3/0 و دور rpm 7500 در پره با ضخامت اولیه … 109

شکل 4-34- بردارهای سرعت در 20 درصد ارتفاع پره و دبی 3/0 و دور rpm 7500  در پره با ضخامت  افزایش یافته … 109

شکل 4-35- مثلث های سرعت در توربین با افزایش  ضخامت در دبی 1/0 و دور rpm 7500 در قطر متوسط پره … 109

آموزش جامع نرم افزار Ansys

به مهندس برتر رشته خود تبدیل شوید

تحلیل کشش ، تحلیل گرمایی ، تحلیل هارمونیکی ، Design Modeler ، آموزش مدلسازی

تحلیل مودال ، حالت گذرا ، Meshing ، تحلیل تغییر فرم شدید و …

کلیک کنید


برای نکارش این فایل 29 مقاله استفاده شده است



مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید