بررسی رفتار حباب جدایش روی سطح مکش یک پره لیفت ‌بالا در توربین فشارپایین با استفاده از تجزیه مدهای متعامد سره

موتورهای توربوفن به صورت گسترده در هواپیماهای امروزی به کار می روند. توربین های فشارپایین سنگین ترین جزء موتورهای توربوفن هستند و کاهش دادن وزن آنها در کاهش مصرف سوخت ویژه و بهبود راندمان کلی این موتورها بسیار تاثیرگذار است. یکی از راه های کاهش وزن، کاهش تعداد پره ها است که با افزایش بارگذاری روی هر پره همراه می شود و به این منظور می توان از ایرفویل های لیفت بالا در طراحی استفاده کرد. با توجه به بالابودن احتمال جدایش در این پره ها، شناسایی موقعیت و اندازه حباب جدایش برای تعیین مقدار افت انرژی جریان اهمیت فراوان دارد. در این پژوهش ردیف پره لیفت بالای t106d-eiz به روش میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر استوکس ناپایا (urans) با مدل آشفتگی تنش برشی (sst) و مدل گذار در دو عدد رینولدز 200,000 و 60,000 و عدد ماخ آیزنتروپیک خروجی 0/4 که بیانگر شرایط جریان در توربین فشارپایین است، به صورت دوبعدی شبیه سازی عددی شده است. نتایج نشان می دهند هنگامی که عدد رینولدز بزرگ باشد، روی سطح مکش حباب جدایش کوچک و محدود باقی می ماند و لایه برشی جداشده به سطح پره بازگشته و مقدار افت انرژی جریان کاهش می یابد. درحالی که در عدد رینولدز کم ، حباب جدایش بزرگ شده و افت انرژی سیال افزایش می یابد. حباب جدایش به صورت مستقیم از خطوط همتراز فشار قابل تشخیص نیست اما بررسی میدان فشار به روش تجزیه مدهای متعامد سره، قابلیت شناسایی ساختارهای درون جریان شامل کشش گردابه، شروع جدایش و بازگشت جریان به سطح را به دست می دهد. هنگامی که اندازه حباب جدایش بزرگ است، ساختارهای گردابی بزرگی در سطح مکش تشکیل می شود. رهایی این گردابه های بزرگ باعث افزایش بیش از 50% مقدار افت پروفیل می شود.

Investigating the Separation Bubble Behavior on the Suction Side of a High-Lift Low-Pressure Turbine Blade Using Proper Orthogonal Decomposition

Turbofan engines are widely used in modern aircraft. Lowpressure turbines are the heaviest components of turbofan engines, and reduction of their weights is very effective in improving the specific fuel consumption and overall efficiency of these engines. One of the methods of decreasing the engine weight is to decrease the number of blades which is accompanied by an increase of the blade loading. For this purpose, highlift airfoils can be used. As the occurrence of flow separation is very probable in highlift blades, the recognition of the location and size of the separation bubble is important to assess the energy loss of flow. In this research, T106DEIZ highlift cascade is simulated by twodimensional Unsteady ReynoldsAveraged NavierStokes (URANS) equations with Shear Stress Transport (SST) turbulence model and gamma;Re_ theta; transition model in two Reynolds numbers 200,000 and 60,000 at a constant isentropic exit Mach number of 0.4, which represent a typical flow condition in lowpressure turbine. The results show that when Reynolds number is high, the separation bubble remains small on the suction side and the separated shear layer returns to the blade surface, and the energy loss of flow decreases. On the other hand, at a low Reynolds number, the separation bubble grows and energy loss increases. Separation bubble is not directly detectable in an evaluation of pressure distribution. However, proper orthogonal decomposition of the pressure field provides the capability to identify flow structures including vortex stretching, the onset of flow separation, and flow reattachment. When the separation bubble is long, large vortical structures are formed on the suction surface. Release of these large vortices can increase the profile loss by more than 50 percent.