تحلیل عددی و بهینه سازی پدیده فلاتر پره‌های توربین شعاعی توربوشارژر

توربوشارژینگ یکی از روش های کوچک سازی موتور جهت کاهش سوخت و آلایندگی می باشد. افزایش راندمان توربوشارژر در طراحی های اخیر منجر به کاهش وزن و نتیجتا نازک شدن پره ها و افزایش بار پره ها شده است که هر دو عاملی برای افزایش احتمال شکست پره ها، تحت خستگی بارهای آیرودینامیکی می شود. در این مطالعه ناپایداری دینامیکی آیروالاستیک به نام فلاتر که یک تحریک خود به خودی ناشی از برهم کنش سازه و سیال می باشد، مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین تحلیل پدیده ی فلاتر در پره‌های رادیال(شعاعی) توربین های توربوشارژر به صورت عددی و اعتبارسنجی نتایج با نتایج موجود می باشد. تحلیل فلاتر در دامنه فرکانسی انجام شده و اثر پایدارکنندگی سیال بر ارتعاش پره ها بررسی شده است. معادلات مربوط به پایداری از دیدگاه ریاضی ارائه می شود و مفاهیم پایداری استخراج شده است. سپس با استفاده از نرم افزار ansys مدل سازی انجام گرفته و محاسبات ارتعاشی در حالت های پایا و ناپایا انجام شده و پاسخ سیال به ارتعاشات پره در سه حالت خمش محوری، خمش محیطی و پیچشی بررسی گردیده است که با توجه به تحلیل مودها، مود بحرانی مود پنجم در نظر گرفته شده که دارای فرکانس بحرانی 186.87 هرتز بوده و در سرعت بحرانی 12009 دور بر دقیقه می باشد. همچنین در این مطالعه از دو روش جهت آزمون فلاتر استفاده شده است و در انتها مقادیر تاثیر گذار بر این پدیده بررسی و تاثیر آن در بهینه سازی این پدیده ارائه می گردد.

numerical analysis and optimization of turbocharger radial turbine blades flutter phenomenon

turbocharging is one of the methods of downsizing the engine to reduce fuel and emissions. increasing the efficiency of the turbocharger in recent designs has led to a reduction in weight and, as a result, the thinning of the blades and an increase in the blade load, both of which increase the probability of blade failure under the fatigue of aerodynamic loads. in this study, the aeroelastic dynamic instability called flutter, which is a spontaneous excitation caused by the interaction of the structure and the fluid, has been studied. therefore, the analysis of the flutter phenomenon in the radial blades of turbocharger turbines is done numerically and the results are validated with the existing results. flutter analysis has been performed in the frequency domain and the effect of fluid stabilization on blade vibration has been investigated. equations related to stability are presented from a mathematical point of view and concepts of stability are extracted. then, modeling was done using ansys software, and vibration calculations were performed in stable and unstable states, and the response of the fluid to blade vibrations in three states of axial bending, circumferential bending, and torsion was investigated, according to the mode analysis, the fifth mode is considered critical mode, which has a critical frequency of 186.87 hz and a critical speed of 12009 rpm. also, in this study, two methods were used for the flutter test. at the end, the values affecting this phenomenon are examined and its effect on the optimization of this phenomenon is presented.