بررسی عددی تاثیر نوع پروفیل پره بر عملکرد توربین گازی فراصوت در شرایط پذیرش جزیی

توربین‌های فراصوت کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف و سامانه‌های تولید توان از جمله توربین‌های گازی، پیش‌رانش فضایی، صنایع حمل و نقل سنگین و غیره دارند. به‌طور کلی این توربین‌ها زمانی به کار می‌روند که با وجود دبی جرمی اندک به کار ویژه‌ زیادی نیاز باشد. می‌توان در این توربین‌ها با استفاده از پره‌های فراصوت ضربه‌ای کار ویژه‌ بالایی به دست آورد. با وجود دبی جرمی اندک، ارتفاع پره‌ها و در نتیجه نسبت منظری کوچک است. به‌منظور کاهش اُفت‌های مرتبط با نسبت منظری کم این توربین‌ها در شرایط پذیرش جزیی به کار می‌روند؛ یعنی جریان سیال فقط از بخشی از ورودی روتور تزریق می‌شود. میزان درجه پذیرش جزیی و نوع پروفیل پره ضربه‌ای از ‌جمله عوامل موثر بر عملکرد این نوع توربین است. هدف کار حاضر بررسی تاثیر انواع پروفیل‌های پره‌ ضربه‌ای فراصوت بر عملکرد توربین است. در این کار ابتدا یک کد طراحی مقدماتی و پیش‌بینی عملکرد توربین توسعه داده شده و نتایج آن با آزمایش‌های تجربی ارزیابی شده است. براساس محاسبات کد طراحی، تعدادی پروفیل دوبعدی با استفاده از روش‌های مختلف طراحی پروفیل تولید و به‌صورت عددی تحلیل و ارزیابی شده‌اند. سپس، پروفیل‌هایی که نسبت به مدل اولیه عملکرد بهتری داشته‌اند در تحلیل عددی سه‌بعدی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در این کار مشاهده شد که پارامترهای عملکردی مانند بازده، توان و گشتاور توربین در بهترین مدل انتخاب شده نسبت به مدل اولیه‌ هرکدام بیش از 8% افزایش داشته‌اند. اُفت فشار سکون نیز حدود 12% کمتر از مدل اولیه است و تحلیل کلی نتایج نشان‌دهنده‌ کارآیی برتر پروفیل منتخب است.

Numerical Investigation of Effect of Blade Profile on the Supersonic Gas-Turbine’s Performance under the Partial-Admission Conditions

The supersonic turbines are widely used in various industries and power generation systems, including gas turbines, space propulsion, heavy transport industries, and etc. In general, these turbines are used when a high specific work with a low fluid Mass flow is needed. It is possible to extract a high specific work from small height supersonic impulse blades in these turbines. To prevent losses due to the low blades aspect ratio, the turbine is used in partialadmission conditions; so that, the fluid flow is only fed from a part of the rotor. The degree of partialadmission and the type of blade profile are important factors that have significant effects on the turbine performance. The aim of this work is to design and investigate the effects of various types of impulse blade profiles on the turbine rsquo;s performance. A preliminary design code is developed in order to predict turbine performance. These results are evaluated using the experimental results. In the next step, using the calculation of design code, twodimensional profiles are created using different design methods and numerically analyzed. Finally, the profiles that were better than the original model were studied by 3D numerical analysis. It was found that the performance parameters such as efficiency, power, and torque are increased by more than 8% in the selected best model, in comparison with the original model. Moreover, the total pressure loss is 12% decreased for the selected model. In general, the results show that the selected profile would have a superior performance.