دانشجویان عزیزی که به شبیه سازی توربوماشین ها علاقه مند هستند میتوانند از فایل آپلود شده جهت آشنایی بیشتر با محیط انسیس CFX استفاده کنند.

1. ‫تعالی‬ ‫بسمه‬
‫شعاعی‬ ‫جریان‬ ‫توربین‬ ‫سنجی‬ ‫اعتبار‬ ‫گزارش‬‫ناسا‬
‫زارعی‬ ‫ناصر‬ : ‫دانشجو‬
:‫آموزشی‬ ‫گروه‬
‫هوافضا‬ ‫مهندسی‬–‫پیشرانش‬

2. ‫صح‬‫عددی‬ ‫سنجی‬ ‫ت‬
‫سال‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫آزمایشگاهی‬ ‫نتایج‬ ‫از‬ ‫روتور‬ ‫درون‬ ‫جریان‬ ‫تحلیل‬ ‫برای‬ ‫عددی‬ ‫سنجی‬ ‫اعتبار‬ ‫جهت‬1995‫ناسا‬ ‫توسط‬
‫گ‬ ‫ارائه‬‫و‬ ‫ناسا‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫استفاده‬ ،‫ردیده‬‫به‬ ‫اقدام‬ ‫آمریکا‬ ‫ارتش‬ ‫پیشرانش‬ ‫آزمایشگاه‬ ‫همراه‬ ‫به‬ ‫ویتنی‬ ‫اند‬ ‫پرت‬ ‫شرکت‬
‫حدود‬ ‫محوری‬ ‫طول‬ ‫با‬ ‫شعاعی‬ ‫توربین‬ ‫روتور‬ ‫ساخت‬ ‫و‬ ‫طراحی‬40‫الی‬50‫شعاعی‬ ‫های‬ ‫توربین‬ ‫از‬ ‫کمتر‬ ‫درصد‬
‫حدود‬ ‫میزان‬ ‫به‬ ‫روتور‬ ‫وزن‬ ‫کاهش‬ ‫کار‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫هدف‬ . ‫کردند‬ ‫موجود‬30‫ابعاد‬ ‫با‬ ‫روتورهایی‬ ‫ناسا‬ . ‫بود‬ ‫درصد‬1.5
‫ورودی‬ ‫سکون‬ ‫فشار‬ ‫و‬ ‫دما‬ ،‫دورانی،دبی‬ ‫ابعادی،سرعت‬ ‫آنالیز‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫ساخت‬ ‫را‬ ‫شده‬ ‫طراحی‬ ‫روتورهای‬ ‫برابر‬
‫شماره‬ ‫روتور‬ ‫برای‬ ‫طراحی‬ ‫آیرودینامیکی‬ ‫پارامترهای‬ ‫زیر‬ ‫جدول‬ ‫در‬ . ‫شد‬ ‫گرفته‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫شرایط‬ ‫با‬ ‫متفاوت‬1‫آورده‬
‫است‬ ‫شده‬.
‫پارامتر‬ ‫موتور‬ ‫شرایط‬ ‫آزمایشگاهی‬ ‫شرایط‬
)‫ورودی(کلوین‬ ‫سکون‬ ‫دمای‬ 1588.889 477.77
)‫ورودی(کیلوپاسکال‬ ‫سکون‬ ‫فشار‬ 2199.428 333.7
)‫متر‬ ‫روتور(میلی‬ ‫قطر‬ 244.348 367.258
)‫ثانیه‬ ‫بر‬ ‫دبی(کیلوگرم‬ 4.340 2.71248
)‫دقیقه‬ ‫بر‬ ‫دورانی(دور‬ ‫سرعت‬ 54596 19919
‫رینولدز‬ ‫عدد‬ 643000 642500
) (‫شکل‬:‫ناسا‬ ‫روتور‬ ‫آزمایشگاهی‬ ‫شرایط‬

3. ‫شده‬ ‫ایجاد‬ ‫روتور‬ ‫مشخصات‬
‫شماره‬ ‫روتور‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫مدل‬1‫که‬C-93-Q7729‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫دارد‬ ‫نام‬Bladegen.‫است‬ ‫شده‬ ‫تولید‬
‫فرار‬ ‫لبه‬ ‫دست‬ ‫پایین‬ ‫و‬ ‫راهنما‬ ‫لبه‬ ‫باالدست‬ ‫در‬ ‫ای‬ ‫یافته‬ ‫توسعه‬ ‫نواحی‬ ‫جریان‬ ‫بررسی‬ ‫جهت‬ ) ( ‫و‬ ) ( ‫مراجع‬ ‫طبق‬
.‫است‬ ‫گردیده‬ ‫ایجاد‬‫مقدار‬ ‫به‬ ‫ورودی‬ ‫ناحیه‬ ‫طول‬13‫مقدار‬ ‫از‬ ‫درصد‬CHORD‫در‬ ‫که‬ ‫باشد‬ ‫می‬ ‫میانی‬ ‫ارتفاع‬ ‫در‬
‫مشاهد‬ ‫قابل‬ ‫تیغه‬ ‫تولید‬ ‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫محیط‬‫محوری‬ ‫طول‬ ‫با‬ ‫برابر‬ ‫خروجی‬ ‫در‬ ‫یافته‬ ‫توسعه‬ ‫ناحیه‬ ‫طول‬ ‫همچنین‬ .‫است‬ ‫ه‬
.‫باشد‬ ‫می‬ ‫روتور‬.‫کنید‬ ‫می‬ ‫مشاهده‬ ‫را‬ ‫شده‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫روتور‬ ‫و‬ ‫اصلی‬ ‫روتور‬ ‫هندسه‬ ) ( ‫شکل‬ ‫در‬
‫ناسا‬ ‫شده‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫روتور‬ ‫و‬ ‫اصلی‬ ‫روتور‬ : ) (‫شکل‬
) ( ‫شکل‬-‫النهاری‬ ‫نصف‬ ‫صفحه‬ ‫در‬ ‫ناسا‬ ‫روتور‬ ‫هندسه‬
‫خروجی‬ ‫یافته‬ ‫توسعه‬ ‫ناحیه‬
‫ورودی‬ ‫یافته‬ ‫توسعه‬ ‫ناحیه‬
‫روتور‬ ‫خروجی‬
‫روتور‬ ‫ورودی‬

4. ‫بندی‬ ‫شبکه‬:
‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫در‬ ‫سازمان‬ ‫با‬ ‫شبکه‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫محاسباتی‬ ‫شبکه‬Ansys Turbogrid. ‫است‬ ‫شده‬ ‫ایجاد‬
‫اتوماتیک‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫بندی‬ ‫مش‬ ‫و‬ ‫توپولوژی‬ ‫نوع‬ ‫حاضر‬ ‫شبکه‬ ‫در‬(ATM Optimized)‫بدون‬ ‫و‬
‫حالت‬ ‫از‬ ‫استفاده‬Cut-off or squared‫تولید‬ ‫باعث‬ ‫کار‬ ‫این‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫استفاده‬ ‫فرار‬ ‫های‬ ‫لبه‬ ‫در‬
‫حمله‬ ‫های‬ ‫لبه‬ ‫در‬ ‫متغیر‬ ‫نرمال‬ ‫فاصله‬ .‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫منفی‬ ‫حجم‬ ‫هرگونه‬ ‫از‬ ‫عاری‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫کیفیت‬ ‫با‬ ‫شبکه‬
‫روتور‬ ‫فرار‬ ‫و‬(Variable normal distances)‫نوک‬ ‫لقی‬ ‫برای‬ ‫مش‬ ‫تولید‬ ‫منظور‬ ‫به‬‫توصیف‬ ‫پره‬
‫تعداد‬ ‫بندی‬ ‫شبکه‬ ‫این‬ ‫در‬ . ‫است‬ ‫شده‬442216‫نهایی‬ ‫آنالیز‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫گرفته‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫محاسباتی‬ ‫گره‬
‫ی‬ ‫دهنده‬ ‫نشان‬ ‫مش‬minimum face angle‫مقدار‬ ‫به‬25‫و‬ ‫درجه‬maximum face angle
‫مقدار‬ ‫به‬155‫بخاطر‬ ‫که‬ ‫بوده‬ ‫مثبت‬ ‫عددی‬ ‫شده‬ ‫تولید‬ ‫حجم‬ ‫ی‬ ‫کمینه‬ ‫همچنین‬ .‫باشد‬ ‫می‬ ‫درجه‬
‫استف‬ ‫عدم‬‫حالت‬ ‫از‬ ‫اده‬Cut-Off or squre.‫است‬ ‫بوده‬‫ش‬ ‫تولید‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫شبکه‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫ده‬
،‫کنید‬ ‫می‬ ‫مشاهده‬ ‫را‬ ‫پره‬ ‫یک‬ ‫حول‬‫خروجی‬ ‫رنگ‬ ‫قرمز‬ ‫ناحیه‬ ‫و‬ ‫ورودی‬ ‫دهنده‬ ‫نشان‬ ‫رنگ‬ ‫سبز‬ ‫ناحیه‬
‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬ ‫زرد‬ ‫رنگ‬ ‫با‬ ‫پریودیک‬ ‫نواحی‬ ‫همچنین‬ ‫و‬ ‫بنفش‬ ‫رنگ‬ ‫با‬ ) ‫شرود‬ ( ‫پوسته‬ .‫باشد‬ ‫می‬
. ‫اند‬
‫روتور‬ ‫تیغه‬ ‫جریان‬ ‫گذرگاه‬ ‫اطراف‬ ‫شده‬ ‫تولید‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫شبکه‬ : ) ( ‫شکل‬

5. ‫مرزی‬ ‫شرایط‬ ‫و‬ ‫حلگر‬ ‫تنظیمات‬
‫محیط‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫توربوگرید‬ ‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫تولید‬ ‫مش‬Ansys CFX‫و‬ ‫پایا‬ ‫حالت‬ ‫حل‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫وارد‬
‫توربوالنسی‬ ‫مدل‬K-epsilon‫صورت‬ ‫به‬ ‫دیواره‬ ‫توابع‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫انتخاب‬ ) ( ‫و‬ ) ( ‫مراجع‬ ‫توصیه‬ ‫طبق‬
‫مقیاس‬ ‫قابل‬‫معادالت‬ ‫سازی‬ ‫گسسته‬ ‫جهت‬ ‫اولیه‬ ‫تنظیمات‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫انتخاب‬RANS‫حالت‬ ‫برای‬
‫پایا‬‫که‬ ‫صورت‬ ‫این‬ ‫به‬Advection Scheme‫و‬Turbulence numerics‫حالت‬ ‫در‬ ‫را‬High
Resolution‫نقطه‬ ‫شرایط‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫ورودی‬ ‫جرمی‬ ‫دبی‬ ‫و‬ ‫سکون‬ ‫دمای‬ ‫مرزی‬ ‫شرط‬ . ‫دهیم‬ ‫می‬ ‫قرار‬
. ‫است‬ ‫شده‬ ‫انتخاب‬ ‫خروج‬ ‫در‬ ‫مرزی‬ ‫شرط‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫خروجی‬ ‫استاتیک‬ ‫فشار‬ ‫و‬ ‫طرح‬‫حرارتی‬ ‫انتقال‬ ‫مدل‬
‫کل‬ ‫انرژی‬ ‫مدل‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫چگالی‬ ‫و‬ ‫آنتالپی‬ ‫و‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫مربوط‬ ‫محاسبات‬ ‫و‬(Total Energy)‫انتخاب‬
.‫است‬ ‫شده‬
‫مر‬ ‫تعریف‬‫زها‬
.‫شوند‬ ‫می‬ ‫تعریف‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫حل‬ ‫ناحیه‬ ‫مرزهای‬
‫لغزش‬ ‫بدون‬ ‫و‬ ‫صاف‬ ‫و‬ ‫آدیاباتیک‬ ‫دیواره‬ :‫روتور‬ ‫پره‬
‫صاف‬ ‫و‬ ‫لغزش‬ ‫بدون‬ ‫و‬ ‫آدیاباتک‬ ‫دیواره‬ :)‫(طوقه‬ ‫هاب‬
‫استاتیک‬ ‫فشار‬ ‫با‬ ‫زیرصوت‬ ‫جریان‬ :‫روتور‬ ‫خروجی‬53.04‫کیلوپاسکال‬
‫مشخص‬ ‫سکون‬ ‫دمای‬ ‫و‬ ‫جرمی‬ ‫دبی‬ ‫با‬ ‫جریانی‬ :‫روتور‬ ‫ورودی‬
‫شر‬ (‫پوسته‬‫چرخان‬ ‫و‬ ‫صاف‬ ‫و‬ ‫لغزش‬ ‫بدون‬ ‫آدیاباتیک‬ ‫دیواره‬ :) ‫ود‬
‫شرایط‬ ‫در‬ ‫آن‬ ‫ویژه‬ ‫گرمای‬ ‫ضریب‬ ‫مقدار‬ ‫که‬ ‫میکنیم‬ ‫انتخاب‬ ‫آل‬ ‫ایده‬ ‫گاز‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫عامل‬ ‫سیال‬
‫اکوزیته‬‫ا‬‫ویسا‬ ‫ابه‬‫ا‬‫محاسا‬ ‫برای‬ ‫.همچنین‬ ‫اد‬‫ا‬‫باشا‬ ‫می‬ ‫توربین‬ ‫به‬ ‫ورودی‬ ‫دمای‬ ‫از‬ ‫متغیری‬ ‫ثابت‬ ‫اار‬‫ا‬‫فشا‬
‫مورد‬ ‫در‬ ‫ساترلند‬ ‫قانون‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫فرض‬ ‫سیال‬ ‫دینامیکی‬‫به‬ ‫قانون‬ ‫.این‬ ‫شد‬ ‫با‬ ‫برقرار‬ ‫آل‬ ‫ایده‬ ‫گازهای‬
: ‫است‬ ‫شده‬ ‫نوشته‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬

6. : ) ( ‫شکل‬
1.5
0
0
0
110
110
TT
T T
 
  
  
 
‫مقدار‬0‫و‬0T. ‫باشد‬ ‫می‬ ‫دریا‬ ‫همسطح‬ ‫استاندارد‬ ‫شرایط‬ ‫در‬ ‫مرجع‬ ‫مقادیر‬
‫همگرایی‬ ‫معیار‬ ‫و‬ ‫پاسکال‬ ‫صفر‬ ‫مرجع‬ ‫فشار‬)( RMS6
10
‫پره‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫.در‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫گرفته‬ ‫نظر‬ ‫در‬
. ‫کنید‬ ‫می‬ ‫مشاهده‬ ‫پردازش‬ ‫پیش‬ ‫شرایط‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫شده‬ ‫مدلسازی‬ ‫توربین‬
‫پیش‬ ‫شرایط‬ ‫در‬ ‫توربین‬ ‫پره‬ :) (‫شکل‬‫پردازش‬
:‫زمانی‬ ‫گام‬ ‫انتخاب‬
‫به‬ ‫زمانی‬ ‫گام‬ ‫ها‬ ‫توربوماشین‬ ‫در‬ ‫معموال‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫انجام‬ ‫دورانی‬ ‫سرعت‬ ‫حسب‬ ‫بر‬ ‫زمانی‬ ‫گام‬ ‫تقریب‬
‫صااورت‬0.1

‫تا‬1

.‫شااود‬ ‫می‬ ‫گرفته‬ ‫نظر‬ ‫در‬‫می‬ ‫را‬ ‫زمانی‬ ‫گام‬ ‫پردازش‬ ‫پیش‬ ‫قساامت‬ ‫در‬ ‫چند‬ ‫هر‬
.‫کرد‬ ‫انتخاب‬ ‫اتوماتیک‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫توان‬

7. ‫حل‬ ‫همگرایی‬
‫میکنید‬ ‫مشاهده‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫ممنتوم‬ ‫معادالت‬ ‫برای‬ ‫همگرایی‬ ‫نمودار‬
) ( ‫شکل‬–‫ممنتوم‬ ‫معادالت‬ ‫همگرایی‬

8. ‫تجربی‬ ‫نتایج‬ ‫با‬ ‫عددی‬ ‫حل‬ ‫نتایج‬ ‫مقایسه‬
‫باال‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫مشاهده‬ ‫را‬ ‫پوسته‬ ‫روی‬ ‫النهاری‬ ‫نصف‬ ‫صفحه‬ ‫طول‬ ‫در‬ ‫کل‬ ‫فشار‬ ‫به‬ ‫استاتیک‬ ‫فشار‬ ‫نسبت‬ ‫تغییرات‬
. ‫میکنید‬
‫پوسته‬ ‫تا‬ ‫هاب‬ ‫از‬ ‫روتور‬ ‫خروجی‬ ‫در‬ ‫راندمان‬ ‫تغییرات‬ :) ( ‫شکل‬

9. ‫پوسته‬ ‫تا‬ ‫هاب‬ ‫از‬ ‫روتور‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫کل‬ ‫فشار‬ ‫به‬ ‫نازل‬ ‫ورودی‬ ‫کل‬ ‫فشار‬ ‫نسبت‬ ‫تغییرات‬ :) ( ‫شکل‬
‫پارامتر‬‫تجربی‬ ‫نتایج‬‫عددی‬ ‫حل‬‫روتور‬
‫راندمان‬0.8350.851
‫کل‬ ‫فشار‬ ‫نسبت‬4.9924.54
‫توان‬[KW]437.1435.08
‫مخصوص‬ ‫کار‬[KJ]167.73160.39
) ( ‫جدول‬-‫و‬ ‫عددی‬ ‫حل‬ ‫نتایج‬ ‫مقایسه‬‫تجربی‬
‫از‬ ‫کمتر‬ ‫نتایج‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬10‫که‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫مشاهده‬ ‫عددی‬ ‫و‬ ‫تجربی‬ ‫نتایج‬ ‫بین‬ ‫اختالف‬ ‫درصد‬
. ‫باشد‬ ‫زیر‬ ‫موارد‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫میتواند‬
-‫عددی‬ ‫روش‬ ‫در‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫خورده‬ ‫برش‬ ‫وزنی‬ ‫مالحظات‬ ‫بخاطر‬ ‫تجربی‬ ‫نتایج‬ ‫در‬ ‫روتور‬ ‫از‬ ‫قسمتی‬
.‫است‬ ‫نشده‬ ‫لحاظ‬
-‫لحاظ‬ ‫دیسک‬ ‫پشت‬ ‫هوا‬ ‫مزاحمت‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫افت‬‫می‬ ‫توربین‬ ‫کلی‬ ‫عملکرد‬ ‫کاهش‬ ‫باعث‬ ‫خود‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫نشده‬
.‫شود‬
-‫نتایج‬ ‫اختالف‬ ‫منشاء‬ ‫میتواند‬ ‫نیز‬ ‫دورانی‬ ‫نوسانات‬ ‫وجود‬ ‫عدم‬ ‫و‬ ‫صاف‬ ‫وکامال‬ ‫آدیاباتیک‬ ‫ی‬ ‫دیواره‬ ‫فرض‬
.‫باشد‬ ‫تجربی‬ ‫و‬ ‫عددی‬