چکیده

محفظه احتراق حلقوی کوچک در موتور های  توربوجت نقش حساس و کلیدی تبدیل انرژی با سرعت و نرخ بسیار بالا را بر عهده دارند. به منظور انجام دادن این هدف‌، محفظه احتراق بایستی بسیاری از لازمه‌ های متضاد را ارضاء نماید. پیچیدگی الگوی جریان در داخل محفظه احتراق‌، تحلیل آن را با استفاده از روش‌ های تحلیلی به صورت دو یا سه بعدی مشکل ساخته است‌. بدین منظور در این طرح یک نرم ‌افزار شبه یک بعدی تحلیل میدان جریان‌، احتراق و انتقال حرارت در محفظه احتراق حلقوی دارای دیفیوزر با استفاده از روابط تجربی و روش‌ های تحلیلی یک بعدی توسعه داده شده است‌. در ادامه با استفاده از نتایج شبیه ‌سازی محفظه احتراق یک موتور توربوجت کوچک‌، محدوده برخی از پارامترهای طراحی استخراج گردیده است‌. سپس یک محفظه احتراق جدید با استفاده از روش سرعت و روش افت فشار طراحی شده است‌. همچنین با استفاده از نرم‌ افزار شبیه ‌ساز توسعه یافته‌، طرح‌ های ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بدست آمده از دو روش طراحی با یکدیگر مقایسه شده است‌. سپس با توجه به وجود نواقص مانند بالا بودن افت فشار کل و توزیع نا مناسب جریان در طول محفظه‌، به بهینه‌ سازی طرح‌ های ایجاد شده با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی پرداخته شده است‌. در فرایند بهینه‌ سازی‌، افت فشار کل محفظه به عنوان تابع هدف و ابعاد هندسی حفره‌ ها و موقعیت شعاعی لاینر به عنوان متغیر ها و بهینه ‌سازی انتخاب شده ‌اند. پس از انجام بهینه‌ سازی‌، میزان افت فشار کل‌، برای محفظه احتراق طراح شده با استفاده از روش سرعت در حدود %‌١٢ و برای محفظه احتراق طراحی شده با استفاده از روش افت فشار در حدود ٢۶% کاهش یافته است

فهرست مطالب

مقدمه

پیشینه تحقیق

ظهور تکنیک ها بهینه سازی

مروری بر کارهای انجام شده

انگیزه تحقیق

اهداف نو آوری

تعریف دقیق پروژه

مروری بر فصل های آتی

فصل دوم: طراحی اولیه محفظه احتراق حلقوی

مقدمه

خصوصیات طراحی

الزامات یک سیستم احتراق

انواع محفظه های احتراق

انواع محفظه های احتراق

دیفیوزر

انواع دیفیوزر

دیفیوز انباشی

لاینر (لواهشعله)

چرخاننده هوا

حفره های ورودی هوا

نواحی مختلف در لوله شعله

نسبت هم ارزی

متغیر های طراحی

ارتفاع گنبد (ارتفاع لاینر)

سرعت گنبد

نسبت طول های ارتفاع لاینر

سرعت در حلقه

فاصله بین انژکتوهای سوخت

پارامترهای فشار

سرعت مرجع

هد سرعت مرجع

فرایند طراحی اولیه

تعیین توزیع جرمیت جریان

تعیین مساحت گنبد (لاینر) و حلقه ها

طراحی دیفیوزر

تعیین طولی لاینر و موقعیت مکانی حفره ها

تعیین طولی لاینر و موقعیت مکانی حفره ها

تعیین تعداد انژکتور

طراحی چرخاننده هوا

طراحی حفره های لاینر

پایداری و بارگذاری محفظها احتراق

فصل سوم: شبیه سازی شبکه یک بعدی

مقدمه

نحوه شبیه سازی محفظه ها احتراق

روش تحلیل و برنامه نویسی در زیر برنامه دیفیوزر

نما یک لیروشحل در زیر برنامه دیفیوزر

شرایط ورودی

محاسبه خواص لوله جریان در موقعیت های مکانی پایین دست

تعیین ضخامت جابه جایی لایه مرزی

تعیین پارامترها یکاریی یدیفیورز و شرایط جریان در خروجی

روش تحلیل برنامخ نویسی در زیر برنامه جریان _ هوا

نحوه تقسیم دبی جریان جرمی جریان

محاسبه ضریب تخلیه و باز چرخش در برنامه شبیه ساز توسعه یافته

جریان در حلقه ها

معادله انرژی در حلقه ها

روش حل معدله تحلقه

جریان در لوله شعله

محاسبه دما با استفاده از روش ذکر شده در مرجع

افت حرارتی ناحیه اولیه

معدله مومنتو در لوله شعله

معادله پیوستگی در اوله سعله

روش حل معادله پیوستگی لوله شعله

روش محاسبه دما در برنامه شبیه ساز توسعه یافته

مقدمه بر جریان جت ها و اختلاط آن ها

فاصله نفوذ در جت های نفوذی

سرعت خط مرکزی جت در جت های نفوذی

پروفیل سرعت عرضی در جت ها ی نفوذی

پروفیل عرضی دما در جت های نفوذی

محاسبه خواص جت

مشخصه های جت های دیواره

حداکثر سرعت در جت های دیواره

پروفیل سرعت در جت های دیواره

محاسبه خواص جت دیواره

روش تحلیل برنامه نویسی در زیر برنامه انتقال حرارت

مدل انتقال حرارت تشعشعی از سعله به دیواره لوله شعله

تشعشع دیواره لوله شعله به دیواره بدنه خارجی محفظه احتراق

انتقال حرارت مبادله شده بین دیواره های لوله شعله

محاسبه انتقال حرارت جابه جایی با در نظر گرفتن خنک کاری لوله

انتقال حرارت هدایتی در طول دیواره لوله شعله

حل معدله تعادل حرارتی

حل غیر تکراری

حل تکراری

فصل چهارم: بهینه سازی طراحی

مقدمه

متغیرهای طراحی در محفظه احتراق

تعریف اهداف بهینه سازی

روش های مرسوم در بهینه سازی

الگوریتم های پیاده سازی

الگوریتم های جستجوی ابتکاری

روش طراحی از تجربه

الگوریتم های تکاملی

الگوریتم بهینه سازی تکاملی تفاضلی

میانی فرمولاسیون روش تکاملی تفاضلی

مقدار دهی اولیه

جهش

تقاطع (ترکیب)

انتخاب

اعتبار سنجی برنامه بهینه ساز توسعه داده شده

فصل پنجم : نتایج

مقدمه

نتایج به دست آمده از شبیه سازی محفظه احتراق شماره ۱

نتایج به دست آمده از شبیه سازی محفظه احتراق شماره ۲

 بررسی صحت نتایج بدست آمده

نتایج به دست آمده از طراحی محفظه احتراق شماره ۲

 طراحی و شبیه سازی محفظه احتراق شماره ۳

بهینه سازی محفظه ها احتراق طراحی شده

تعریف تابع هدف متغیرها و قیود بهینه سازی

نتایج به دست آمده از فرایند بهینه سازی

Abstract

Turbojet engine combustors play a key role to convert energy with very high rates. To reach this goal, the combustor must satisfy many conflicting requirements. Complexity of the flow field inside the combustor makes the 2D or 3D analysis very difficult. In this thesis, a quasi-one-dimensional software is developed applying empirical and analytical 1D relations. Using data for a mini-turbojet engine, the range of some important design parameters is extracted and then a new combustor is designed using both velocity and pressure loss methods. Different designs are investigated and are compared by employing an extended version of the simulation software. Due to the unacceptable performance indices such as high pressure loss and unsuitable flow distribution throughout the combustor, a differential evaluation algorithm is applied to optimize the design. In the optimization process, the combustor pressure loss is selected as a target function, and geometry of the holes and radial position of the liner were chosen as optimization variables. After optimization, the total pressure loss of the combustor is suprresed about 12% using velocity method and applying pressure loss method the decrease of the pressure loss is about 26%

Keywords: Annular combustor, Simulation, Quasi one-dimensional, Design, Optimization


مقطع : کارشناسی ارشد

تعداد صفحات فایل : 160

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت  مشورت کنید