tip injection
در نشریات گروه مکانیک-
This paper aims to understand the effects of circumferential inlet distortion and tip injection on a transonic impeller performance and flow field. For distorted inflow, the impeller is subjected to a stationary 120-degrees circumferential total pressure distortion. Full annulus unsteady three-dimensional analysis has been used to study the inlet distortion and tip injection effects on the impeller performance, stability and flow field. The results show that the circumferential inlet distortion reduces the impeller total pressure ratio and adiabatic efficiency; however, it has no significant impact on the safe operating range. Unlike the inlet distortion, the tip injection considerably increases the operating range. According to the results, the distortion and tip injection effect on the compressor performance is mainly due to changes in tip leakage flow. The inlet distortion has unfavorable influences on the flow field, especially near the impeller tip; however, the tip injection ameliorates the flow field in this region. In both the clean and distorted inflow, the tip injection causes downstream shock transmission, weakening the shock-tip leakage interaction. Hence, stall inception is postponed, and the impeller stability is improved in the presence of the tip injection.Keywords: Centrifugal impeller, Circumferential distortion, Shock, Tip injection, Tip leakage flow
-
بهبود عملکرد کمپرسور محوری از طریق کاهش شدت اغتشاشات جریان، ناشی از اعمال انسداد در ورودی آن، به کمک تزریق هوا در نوک ردیف پره موضوع مطالعه حاضر می باشد. روش کار تجربی و بر مبنای اندازه گیری های آزمایشگاهی در یک کمپرسور سرعت پایین با روتور منفرد انجام شده است. بر این اساس 4هندسه گرفتگی با درصد انسدادهای متفاوت، از 5 تا 20 درصد سطح ورودی کمپرسور را مسدود کرده و فشار استاتیک جریان روی پوسته کمپرسور به صورت میانگین و لحظه ای در نقاط مختلف ثبت گردیده است. تحلیل فرکانسی سیگنال های خام فشار، پدید آمدن اغتشاشاتی در میدان جریان را به واسطه حضور گرفتگی ها نشان می دهد. این اغتشاشات در انسدادهای با درصد کمتر (5 و10 درصد) منجر به ظهور استال دورانی زودرس در کمپرسور می شود. در ادامه با هدف کاهش اثرات مخرب گرفتگی جریان، هوای پرفشار از طریق 12 انژکتور که به صورت یکنواخت پیرامون محیط کمپرسور تعبیه شده اند، در ناحیه درز نوک ردیف پره تزریق گردیده است. تزریق هوا به میزان اندک 1/5% از طریق انژکتورها تاثیر قابل ملاحظه ای بر بهبود عملکرد کمپرسور تحت انسداد جریان در ورودی دارد. نتایج حاکی از بهبود عملکرد کمپرسور در قالب افزایش فشار تحویلی روتور تا 35% نسبت به شرایط عدم اعمال تزریق هوا می باشد. همچنین با به کارگیری ابزار تبدیل فوریه زمان کوتاه، تاثیر تزریق هوا بر حذف یا کاهش اغتشاشات در گرفتگی های با درصد انسداد مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است.
کلید واژگان: کمپرسور محوری، تزریق هوا در نوک ردیف پره، انسداد ورودی جریان، تبدیل فوریه زمان کوتاه، ناپایداری های آیرودینامیکیImprovement of an axial compressor performance through suppression of flow disturbances due to inlet flow blockage, utilizing air injection at the blade tip region, is the subject of the present study. Method of investigation is based on experimental measurements conducted in a low speed isolated axial compressor rotor blade row. Four different blockage screens of different blockage ratios ranged between 5 and 20 percent of the inlet area are located at the compressor entrance. Instantaneous and time-averaged static pressure are recorded at different locations of compressor casing. Frequency analyses of pressure signals, show that the flow disturbances are being created in the presence of the blockage screens. These disturbances cause to appearance of rotating stall in the flow field when the compressor operates under distorted inflow with low blockage ratios (5 and 10%). To reduce the destructive effects of the inlet distortion, air is injected at the tip region of the rotor through 12 injectors which are located evenly spaced around the compressor circumference. Air injection in small quantities, 1.5% of main flow, has considerable effects on the compressor performance under inlet distortion. The rotor performance and compressor delivery pressure is improved up to 35% than to the no injection case. By implementation of Short-Time Fourier Transform (STFT) technique effects of air injection on elimination or reduction of flow disturbances are demonstrated, too.
Keywords: Axial Compressor, Tip Injection, Inlet Distortion, Short-Time Fourier Transform, Aerodynamic Instability -
انسداد جریان که ممکن است به دلایل مختلفی در ورودی یک توربین گازی رخ دهد، باعث ایجاد اختلال در شرایط عملکردی کمپرسور و همچنین کل مجموعه توربین گاز می شود، لذا بررسی این پدیده و راه های کنترل آن بسیار مهم است. مدل سازی عددی انسداد جریان ورودی به یک رتور کمپرسور محوری و کنترل فعال ناپایداری های حاصل از آن به وسیله تزریق جت هوا در ناحیه درز نوک پره، موضوع مورد مطالعه در مقاله حاضر است. شبیه سازی الگوی انسداد جریان با ایجاد پنج هندسه مختلف از انسداد قطاعی (میزان انسداد 5%، 10%، 15%، 20% و 25% از مجرای ورودی به کمپرسور) در ورودی انجام شده است. در راستای کنترل فعال ناپایداری ها، از 12عدد انژکتور در بالادست رتور کمپرسور که در راستای محیطی به صورت متقارن قرارگرفته اند، استفاده شده است. نسبت دبی تزریق خروجی از انژکتورها به دبی کلی مجرای ورودی به رتور در کلیه حالات کمتر از 2% می باشد. مدل سازی عددی به کمک نرم افزار انسیس سی اف ایکس و با به کار گیری مدل آشفتگی kω-SST انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش میزان انسداد ورودی، افت عملکرد و افت بازدهی رتور نیز افزایش می یابد. همچنین برای شرایط مدل سازی شده این رتور، تزریق جت هوا تا انسداد 10% باعث بهبود عملکرد رتور می شود و در انسداد های بیشتر از آن که ناپایداری های نسبتا قوی ایجاد می شود، تزریق جت هوا اثر منفی بر روی عملکرد رتور می گذارد. زیرا جریان خروجی از انژکتورها به شدت تحت تاثیر ناپایداری های حاصل از انسداد قرار می گیرند و به جای اصلاح جریان، آن را ناپایدارتر می کند.کلید واژگان: انسداد جریان ورودی، کنترل فعال استال، تزریق جت هوا، کمپرسور محوریInlet distortion that may be occurred for various reasons at the entrance of a gas turbine, it is caused to disturbed in compressor performance conditions and also all engine components, so it is very important to investigate its controlling methods. The aim of this paper is numerical simulation of inlet distortion in an axial compressor rotor and active control of the instabilities by the air injection at the blade tip region. Flow simulation of inlet distortion is accomplished at compressor entry with five different geometries of circumferential blockage (amounts of circumferential blockage are: 5%, 10%, 15%, 20% and 25% of the compressor inlet duct). For active control of instabilities, 12 injectors have been mounted upstream of the rotor blade row that distributed in circumferential directions symmetrically. The injection mass flow rate does not exceed 2% of the compressor main flow rate at the design point. ANSYS CFX was used for simulation and the turbulence model of k-ω SST has been used through the calculations. The results show that increasing inlet distortion cause to decrease performance and rotor efficiency. Furthermore, for this rotor modeling condition, in 5% and 10% blockage, air injection can improve the rotor performance, but for more than 10% blockage, a strong wake region is formed after the distortion screen and air injection can cause negative effects on rotor performance. Because the strong instabilities can adversely affect the injectors flow and this method instead of modifying the flow field, make it more non uniform than before.Keywords: Inlet distortion, Active stall control, Tip injection, Axial compressor
-
در این مقاله، حذف استال دورانی در یک کمپرسور جریان محوری با به کارگیری تزریق هوا در ناحیه نوک ردیف پره، به صورت تجربی مطالعه شده است. بدین منظور دوازده انژکتور با فواصل یکسان پیرامون پوسته کمپرسور و در بالادست رتور تعبیه گردیدند. در ابتدا بهبود عملکرد کلی کمپرسور از طریق تزریق هوا به ویژه در نقطه استال بررسی شد. سرعت لحظه ای جریان در موقعیت های مختلف شعاعی و محیطی به طور همزمان با استفاده از جریان سنجی سیم داغ اندازه گیری شده است. داده های حاصل از این اندازه گیری ها به همراه تحلیل های فرکانسی سیگنال، برای توصیف فرایند شکل گیری استال و نوسانات جریان القا شده حاصل از آن از یک سو، و فرایند از بین رفتن استال حین اعمال تزریق هوا از سویی دیگر ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که تزریق مقدار کمی هوا در ناحیه نوک پره قادر به اثرگذاری قابل توجهی بر قابلیت افزایش فشار و همچنین حاشیه استال می باشد. تزریق کمتر از 1% از دبی جرمی کلی کمپرسور از طریق انژکتورها، موجب بهبود حاشیه استال تا 9% شده است. تزریق هوا در ناحیه نوک پره ه باعث شده تا اثرات مفید آن در تمام ارتفاع پره گسترش یابد، خصوصا مادامی که کمپرسور در نزدیکی شرایط استال کار می کند.کلید واژگان: کمپرسور محوری، وقوع استال، تزریق در نوک پره، حاشیه استالRotating stall alleviation in an axial compressor with deployment of air injection at its rotor blade row tip region has been experimentally investigated. Twelve air injectors had been mounted evenly spaced around the compressor casing upstream the rotor blade row. Initially, improvement of the compressor overall performance has been examined through air injection, especially at stall point condition. Instantaneous flow velocities at various radial and circumferential positions were measured simultaneously utilizing hot wire anemometry. These unsteady results, obtained from these latter measurements together with signal frequency analyses, provided to describe the stall inception process and consequent flow induced fluctuations and also alleviation process of stall during the air injection. Results show that a small amount of air injection at the rotor blade tip region can affect the total pressure rise and specifically can increase the compressor stall margin efficiently. Air injection of less than 1% of the compressor main flow rate through the injectors has caused the stall margin to be improved by 9%. Air injection at the blade row tip has caused its beneficial effects to extend throughout the blade whole span, especially while working at the near stall conditions.Keywords: Axial compressor, Stall inception, Tip injection, Stall margin
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.