شبيه سازي عددي و بهينه سازي هندسه فن موتور توربوفن

كارشناسي ارشد

چكيده ميدان جريان فن هاي گذرصوت پيشرفته در موتورهاي توربوفن شامل پديده هاي پيچيده جريان از جمله جابجايي لايه مرزي، جدايش جريان، و متعاقب آن برهم كنش موج ضربه اي و لايه مرزي و ناپايايي هاي بزرگ جريان مي باشد. در اين ميان امواج ضربه اي بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته و تلاش هاي بسياري به منظور كاهش شدت اين موج هاي ضربه اي صورت گرفته است. بيش از نيم قرن است كه انحناي پره و فناوري جاروب به طور گسترده به منظور دستيابي به راندمان بالاتر و ناحيه استال بهتر در فن هاي گذرصوت به عنوان ابزار مهمي براي كنترل جريان ثانويه و امواج ضربه اي به كار گرفته مي شوند. هندسه فن هاي مدرن به منظور تامين نرخ جريان جرمي مناسب و همزمان جلوگيري از برهم كنش شديد موج ضربه اي و لايه مرزي، لبه حمله اي به صورت S شكل و با جاروب رو به جلو در ناحيه نوك دارند. هدف از انجام اين مطالعه، بهبود عملكرد آيروديناميكي فن و بهبود مشخصه هاي عملكردي نظير بازدهي و نسبت فشار، كاهش افت ها و تغيير در الگوي امواج ضربه اي بوجود آمده در گذرگاه جريان با تاكيد بر استفاده از تكنيك جاروب است. ابتدا به مروري بر مباحث آيروديناميكي فن و مطالعه پژوهش هاي انجام شده پرداخته شده است. سپس تاثير شكل هندسي لبه حمله پره بر عملكرد فن به كمك تحليل ديناميك سيالات محاسباتي مطالعه و بررسي گرديده است. بدين منظور ابتدا هندسه اصلي فن ايجاد، شبكه بندي و سپس در دو حالت بدون درز نوك و وجود درز نوك شبيه سازي عددي در نرم افزار Ansys CFX و با استفاده از مدل توربولانسي k-ω انجام شده است. پس از اطمينان از مطابقت نتايج مدل سازي عددي هندسه اصلي با مشخصه هاي عملكردي فن موجود، بهبود هندسه پره در لبه حمله با هدف بهبود راندمان و نسبت فشار، پيرامون تغييرات پارامتري در يك هندسه با لبه حمله S شكل انجام شده است. مدل سازي براي حالات مختلف تكرار و هندسه بهينه انتخاب گرديده است. نتايج نشان مي دهد كه تغيير هندسه با اعمال جاروب به پره منجر به تغييرات در سيستم امواج ضربه اي شده و با كاهش عدد ماخ قبل از موج ضربه اي، افت ها كمتر مي شود. كاهش افت ها و افزايش نسبت فشار در نتايج ارائه و بحث شده اند. بر اين اساس نسبت فشار و راندمان فن نسبت به طراحي اصلي به ترتيب 157/1% و 489/1% افزايش داشته است. واژه‌هاي كليدي: فن موتور توربوفن، جريان درز نوك، امواج ضربه اي، جاروب

186971

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي هوافضا - آيروديناميك

دكتر رضا تقوي زنوز