پیش‌بینی جدایش جریان در مجرای توربینی فشارپایین در شرایط طراحی و دور از نقطه طراحی

در این مقاله، مطالعه عددی میدان جریان عبوری از مجرای یک توربین گازی فشارپایین تحت بار بالا در شرایط طراحی و خارج از نقطه طراحی انجام شده است. برای این منظور از بسته نرم‌افزاری اوپن ‌فوم استفاده شده است. در گام نخست، آثار ریزشدن شبکه بر نتایج روش‌های معادلات میانگیری رینولدز و شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ با مدل اسپالارت آلماراس بررسی و با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که در انتهای سطح فشاری تیغه، یک افت فشار غیرفیزیکی رخ می‌دهد که به‌شدت به تراکم شبکه و نوع مدل آشفتگی وابسته است. در گام دوم نشان داده می‌شود که تنها مدل اسپالارت آلماراس قادر به پیش‌بینی جدایش جریان پدیدآمده از گذرش جریان در شبکه‌بندی با تراکم مختلف نزدیک دیواره است. نتایج عددی این مدل نقطه جدایش را در نزدیکی موقعیت 0/85 طول سطح مکش پیش‌بینی می‌کند. این در حالی است که اندازه‌گیری‌های تجربی نقطه جدایش را در نزدیکی موقعیت 0/7 طول سطح مکش تعیین کرده‌اند. در گام سوم، مدلسازی عملکرد خارج از نقطه طراحی تیغه با اعمال زوایای مثبت و منفی جریان ورودی نسبت به شرایط طراحی مجرا صورت می‌گیرد. نتایج حل عددی با مدل اسپالارت آلماراس حاکی است که یک حباب جدایش روی سطح فشار به‌وجود می‌آید. محاسبه افت فشار کل در شرایط جریان ورودی با انحرافی بین 8+ و 20 درجه نسبت به حالت طراحی نشان می‌دهد که مدل‌های ω k و اسپالارت آلماراس کمترین افت فشار را در نقطه طراحی پیش‌بینی می‌کنند.

Prediction of flow separation in a low pressure turbine cascade at design and off design operating conditions

In present investigation, the flow field passing through a highly loaded low pressure (LP) turbine cascade is numerically studied at design and off design conditions. The Field Operation and Manipulation (OpenFOAM) platform is used as the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool. Firstly, the influences of grid resolution on the results of RANS k ε and k ω models and LES utilizing Spalart Allmaras subgrid scale model (LES SA) are investigated and compared with those of the experimental measurements. Numerical results show that a pressure under shoot is obtained near the end of blade pressure surface which is highly sensitive to grid resolution and flow turbulence modeling. Secondly, it is shown that the LES SA model is able to resolve separation on the coarse and fine grid resolutions. The LES SA results show the separation about S/C=0.85 whereas the experiments measure it about S/C=0.75.Thirdly, the off design flow condition is modeled by imposing negative and positive inflow incidence angles. The numerical results of LES SA model show that a separation bubble is generated on blade pressure side. The calculation of total pressure drop at incidence angles between 20 and +8 degrees illustrates that the k ω and LES SA models could estimate the minimum total pressure drop at the design point.