شبیه سازی عددی و بررسی انتقال حرارت اختلاط جریان در میکسر کنگره دار یک موتورتوربوفن

میکسر یکی از اجزاء موتورهای توربوفن می باشد که به منظور اختلاط جریان‌های هوای سرد کنارگذر با جریان هوای گرم هسته مرکزی بکار می رود. در این پژوهش، جریان‌های عبوری از میکسر کنگره دار یک موتور توربوفن با کنار گذر بالا شبیه سازی شده است. معادلات ناویراستوکس به صورت سه بعدی و پایا و جریان به صورت تراکم پذیر و مغشوش در نظر گرفته شده است. در ابتدا، روش شبیه سازی، اعتبارسنجی شده، سپس پدیده های انتقال حرارت و اختلاط جریان های سرد و گرم درکنگره های میکسر موتور توربوفن با کنار گذر بالا بررسی شده است. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد، که با افزایش طول اختلاط، نفوذ هوای سرد در هوای گرم به طور منظم(لایه ای) بیشتر می شود و دمای کل کاهش می‌یابد. بیشترین اثرگذاری خنک کاری مربوط به اختلاط در کنگره های میکسر می‌باشد. میکسر دمای 800 کلوین هوای گرم را با اختلاط به دمای 340 کلوین می رساند. سرعت محوری هوای گرم قبل از ورود به کنگره ‌ها 210 متربرثانیه و با عبور از کنگره های میکسر با اختلاط جریان ها در ابتدا کاهش، سپس در فاصله کوتاهی از میکسر درون محفظه بین نازل و جسم مرکزی افزایش یافته و در نهایت، با خروج جریان از نازل، دوباره کاهش می‌یابد. در نهایت، سرعت‌ عرضی تولید شده در عمق کنگره، تاثیر زیادی بر اختلاط جریان دارد.

Numerical Simulation and Survey of Heat Transfer of Flow Mixing in a Lobed Mixer of a Turbofan Engine

Mixer, a component of turbofan engines is used to mix bypass cold flow with central body hot flow. In this study, the flow passing through the lobed mixer of a high bypass turbofan engine are simulated. First phase of the study was validation of the simulation method. The next phase was assessing the effect of heat transfer and mixing of hot and cold flows in the high bypass turbofan engine mixer. The results show that by raising the mixing length, the admixture of cold and hot flow increases regularly (layered) and the total temperature diminish. Alloy in mixer lobes plays the greatest role in this cooling process. Mixer successfully lowers 800 Kelvin temperature to of 340 Kelvin. The axial velocity of hot flow before entering the lobes is 210 m/s, decrease while passing the mixer lobes, reboost in a short distance between the nozzle and the central body, eventually decreasing during flow exit. Besides, the transverse velocity generated deep inside the lobes have a substantial role in flow mixing.