بررسی عددی آثار تغییر هندسی جزیی پروفیل پره استاتور توربین گازی پرفشار بر عملکرد پایای آن

در توربین های گازی پرفشار، گاز داغ عبوری از استاتور، دارای دبی جرمی بالایی است و احتمال تغییرات حتی اندک در هندسه پره ها، تاثیر قابل توجهی بر میدان جریانِ پایین دست خواهد داشت. این تغییرات اندک را می توان در حد خوردگی قیاس کرد. اولین رخداد ناشی از این خوردگی، غیریکنواخت شدن جریان در فاصله محوری استاتور روتور است. این جریان غیریکنواخت، به دلیل داشتن الگوی پیچیده ای از گردابه ها، از انتقال کامل انرژی سیال به روتور جلوگیری می کند و کارآیی توربین را به شدت کاهش می دهد. در پژوهش حاضر، یک توربین گاز پرفشار خاص، در معرض خطر خوردگی سریع فرض شده است. هدف اصلی، پیش بینی تغییرات هندسی ناشی از این نوع خوردگی است. در ابتدای کار، تحلیل عددی سه بُعدی مدل اولیه توربین، با هدف مشاهده دقیق میدان جریان، انجام و نتایج حاصل با نتایج آزمایش های تجربی موجود اعتبارسنجی شد. سپس به منظور بررسی تاثیر خوردگی بر عملکرد توربین، تغییرات هندسی در پروفیل پره استاتور اعمال و توزیع جریان تحت تاثیر این تغییرات، به صورت سه بُعدی تحلیل شد. نتایج نشان داد بیشترین خطر خوردگی در نقطه ای نزدیک لبه فرار پره استاتور است. به علت خوردگی، نسبت سطح بین ورودی و خروجی پره های استاتور، کمتر و موجب کاهش سرعت محوری می شود. اما همزمان با افزایش سطح خروجی کانال استاتور، میزان دبی جرمی گاز 7/31% افزایش می یابد. در این شرایط، عملکرد توربین از نقطه طراحی خارج می شود. الگوی جریان در ورود روتور پیچیده تر می شود و با جدایش جریان از روی پره روتور و ایجاد تغییرات شدید دما روی ناحیه جداشده، خوردگی به سرعت توسعه می یابد.

Numerical Investigation of the Effects of Minor Geometric Changes of the Stator Blade Profiles on the Steady Performance of a High-pressure Gas-turbine

In the highpressure gasturbines, with hotflowing gas through the stator channels with a high massflow rate, even slight variation in the blade geometry will have significant effects on the downstream flowfield. These minor changes can be compared to corrosion rates. The first occurrence of this corrosion is the nonuniformity of flow in the statorrotor axial distance. This nonuniform flow, due to the complex pattern of vortices, prevents the complete transfer of fluid energy to the rotor and greatly reduces the turbine performance. In this research, a highpressure turbine is considered to be at high risk of corrosion. The main goal is to predict these variations due to corrosion. Firstly, a 3D numerical analysis of the turbine initial model was conducted to accurately observe the flow field and the results were validated by the existing experimental results. Then, in order to investigate the effects of corrosion on the turbin performance, the blades geometrical changes were applied in stator blade profile and the flow distribution was analyzed. Results show that the highest corrosion risk is at the trailingedge of the blades. Due to reduction in the stator inletoutlet area ratio, the axialvelocity is reduced. But simultaneously, with increasing the stator channels outlet area, the massflow rate is increased by 7.31%. Therefore, the turbine undergoes to an offdesign condition. The flow pattern will be more complicated in the rotor's entrance, and corrosion will develop rapidly due to temperature rise as the flow separates from the rotor blades.