مطالعه‌ی جریان در یک توربین فراصوت خاص و بررسی تاثیر تغییر هندسی لبه‌ی پره‌ها بر عملکرد توربین

در این مقاله، ابتدا به‌‌ ‌منظور شناخت کافی از الگوی جریان درون کانال‌ها و اطراف پره‌های ضربه‌ای یک توربین فراصوت، تحلیل عددی به‌‌ صورت دوبعدی و سه‌‌بعدی صورت گرفته است. سپس در راستای بهینه سازی عملکرد توربین، تاثیر تیز کردن لبه‌ی پره‌ها در این توربین مطالعه شده است. با بررسی‌های اولیه، نویسندگان دریافتند که با اصلاح هندسی پره‌های این توربین، می‌توان عملکرد آن‌را بهبود بخشید. نتایج عددی و تجربی به‌‌ دست آمده از این‌کار، نشان می‌دهد که تیز کردن لبه‌های حمله و فرار پره‌ها باعث اصلاح الگوی جریان و بهبود زمینه‌ی شوک‌های ایجاد شده در فضای بین خروجی نازل و ورودی روتور و فضای داخل کانال‌های پره‌ها می‌گردد. این توربین‌ها در سامانه‌ی توربوپمپ موتورهای ماهواره‌بر استفاده می‌شود. توربین‌های مورد استفاده در این سامانه‌ها بدون خنک‌‌کاری بوده و جریان عبوری از آن‌ها تراکم‌پذیر، فراصوت، با آشفتگی بالاو میدان جریان پیچیده می‌باشد. جریان‌های آشفته دارای میدان‌های نوسانی سرعت متفاوتی هستند. شبیه‌سازی مستقیم نوسانات کوچک با فرکانس بالا، در محاسبات عملی مهندسی بسیار پرهزینه می‌باشد. در کارهای عددی، مدل‌سازی صحیح و انتخاب مدل آشفتگی مناسب این جریان‌ها در رسیدن به جواب‌های دقیق در مدت زمان مناسب حایز اهمیت بوده و مورد توجه پژوهشگران می‌باشد. دو مدل آشفتگی پیشنهادی در نرم‌افزار fluent، یعنی مدل‌های و برای تحلیل عددی این‌گونه توربوماشین‌ها، مورد توجه قرار گرفته و با استفاده از این‌دو مدل، شبیه‌سازی عددی صورت گرفته است. هدف از به ‌کارگیری دو مدل در این تحلیل، بررسی نتایج حاصله در جهت انتخاب مناسبترین مدل در تحلیل عددی این نوع توربین برای استفاده در کارهای آتی می‌باشد. اندازه‌گیری‌های دقیق از خواص متوسط و نوسانی از میدان سرعت، در لایه‌های مرزی با انجام یافته و نتایج محاسبات با نتایج موجود از آزمایش‌های عملکردی مورد مقایسه واقع شده است.