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 جریان 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 بعدی 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 بعدی 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.