بررسی عددی و تجربی اثر صلبیت بر روی عملکرد آیرودینامیکی کسکید کمپرسور محوری

Transcript

1 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 1 سال 1396 صفحات 3 تا 10 DOI: /mej بررسی عددی و تجربی اثر صلبیت بر روی عملکرد آیرودینامیکی کسکید کمپرسور محوری رضا افتخاری *1 رضا تقوی زنوز 1 سید محمد نیما شجاعی 2 1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم وصنعت ایران تهران ایران 2 دانشکده مکانیک و هوافضا دانشگاه ازاد اسالمی واحد علوم و تحقیقات تهران ایران چکیده : در کار تحقیقاتی حاضر کسکید یک کمپرسور محوری مورد تحلیل عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. مدل شامل 3 پره روتور یک کمپرسور محوری است که دارای هندسه و پروفیل یکسان NGTE 10C4/30C5 بوده و به صورت موازی با نسبت طول وتر به گام پره یا مقدار صلبیت 1/2 و 0/8 مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها در یک تونل باد مادون صوت دمشی صورت گرفته است و قبل از انجام آن اصالحات در قسمت خروجی تونل باد جهت نصب قسمت محفظه آزمون جدید مناسب برای تست کسکید طراحی و سپس ساخته شده است. تدابیر الزم نیز برای امکان عبور پراب سیم داغ از جداره تونل باد و حرکت آن بر روی سطح پره اتخاذ شده است. سطوح مکش و فشار پره مورد تست به تپینگ های فشار مناسب مجهز شده است تا از طریق شیلنگ های رابط به ترنسدیوسرهای فشار متصل گردند. آزمایش ها در موقعیت فاصله های مختلف بین پره ها انجام پذیرفته و در هر مرحله از تست پروفیل سرعت روی سطوح مکش و فشار در موقعیت های طولی مختلف و توزیع فشار سطحی اندازه گیری شده است. به موازات انجام آزمایش ها تحلیل عددی جریان نیز برای حالت های مختلف انجام شده و نتایج حاصل با هم مقایسه شده است. تركیب نتایج حاصل از دینامیك سیاالت عددی و اندازه گیری های آزمایشگاهی ابزار قدرتمندی برای شبیه سازی طراحی و بهینه سازی را در اختیار قرار داده است. تاریخچه داوری : دریافت 10 : خرداد 1393 بازنگری 20 : دی 1394 پذیرش 25 : آبان 1395 ارائه آنالین 25 : آبان 1395 کلمات کليدي : کسکید کمپرسور محوری صلبیت سیم داغ تونل باد قادر به حرکت به طرف جلو نخواهد شد [.]1 اگر این پدیده به مراحل بعدی پره ها سرایت نماید کمپرسور به واماندگی کامل دچار شده و نه تنها قادر به تحویل هوای پرفشار نبوده بلکه لرزش های توام با سروصدا و صدمات بسیار را در کل موتور ایجاد خواهد کرد بنابراین بررسی اثرات تغییر زاویه در تعیین پروفیل سرعت بر روی سطوح پره های کسکید از اهمیت خاصی بر خوردار است. هایاشیبا مدلی را برای اندازه گیری اثرات عدد ماخ روی افت فشار سکون و تولید آنتروپی ارائه کرد [.]2 وایت هد روشی برای محاسبه ضرایب نیرو و ممنتوم در کسکید کمپرسور پیشنهاد نمود. او اندازه گیری های خود را برای دو مقدار صلبیت مختلف انجام داده و با حل عددی نیز مقایسه کرد [.]3 1-1 مقدمه در فرآیند طراحی کمپرسورها اطالع از عملکرد آیرودینامیکی مجموعه پره ها از اهمیت باالیی برخوردار است. طراح باید دید کلی نسبت به اثرات پارامترهای مختلف بر روی رفتار دینامیک سیاالتی پره ها داشته باشد. این پارامترها شامل خواص سیال به خصوص در جریان باالدست و نیز خواص هندسی می باشند. خواص جریان باالدست عمدت ا شامل عدد ماخ زاویه برخورد و عدد رینولدز بوده و خواص هندسی عمدت ا شامل شکل مقطع پره اندازه گام و زاویه نصب می باشند. در این تحقیق از میان این پارامترها به اثر صلبیت یا همان فاصله محیطی پره های کمپرسور محوری پرداخته شده است زیرا در تمام توربوماشین ها ردیف های پره مجبور به کار در یک زاویه برخورد مساوی هستند اما نقطه طراحی در اکثر ماشین ها متناظر با درجه صفر نیست و ممکن است تغییر کند گذشته از آن عملکرد خارج از طرح ماشین ها نیز دارای اهمیت است زیرا در شرایطی آنها باید خارج از نقطه طراحی کار کنند. الزم به ذکر است یکی از مشکالت عمده طراحی کمپرسورهای محوری پدیده واماندگی سیال است که عمدتا در اثر عدم رعایت اصول آئرودینامیکی در طراحی پره ها رخ می دهد که ناشی از عدم پایداری هوا هنگام عبور از میان پره ها است زیرا هوا باید با زوایای طراحی و از قبل پیش بینی شده از میان پره ها حرکت نموده و اگر نظم این زوایا بهم بخورد جریان های گردابی و واماندگی در طبقات کمپرسور رخ داده و هوا 2-2 تجهیزات آزمایشگاهی عموما تونل بادهای مورد استفاده برای کسکیدها از نوع دمشی است که باعث ایجاد خواص و شرایط یکنواختی در محفظه آزمون می شود. در مطالعه حاضر تونل باد مورد استفاده از نوع مادون صوت و دمشی با سرعت خروجی 12 متر بر ثانیه وابعاد سانتی متر است که با توجه به اهداف تحقیق این سرعت کمتر از مقدار مطلوب است بنابراین نازل انقباض جهت دستیابی به سرعت های باالتر طراحی و ساخته شده است. پروفیل پره های مورد مطالعه NGTE 10C4/30C50 بوده که از جنس پلکسی گلس ساخته شده اند زیرا این جنس قابلیت سوراخ کاری راحت و وزن نسبت ا کمتری دارد همچنین سطح پره هایی با این جنس احتیاج به صیقل نویسنده عهده دار مکاتبات aero2010.iust@gmail.com : 3

2 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 1 سال 1396 صفحه 3 تا 10 دادن مجدد ندارند. این پرهها به گونهای در محفظه آزمون نصب شده است تا نسبت فاصله آنها از یکدیگر به طول وترشان برابر 1 بوده و زاویه استگر 36 درجه را دارا باشند. ارتفاع و طول کسکید به اندازهای است که هوای موجود میتواند به راحتی از میان آن عبور کرده و اثرات مزاحم دیوارههای تونل در آن از بین برود. تغییر در میزان صلبیت با ثابت نگه داشتن ایرفویل میانی و تغییر فاصله ایرفویلهای باالیی و پایینی و ثابت نگهداشتن آنها توسط گیره بیرونی جهت انجام تست صورت گرفتهاست.در شکل 1 مجموعه کسکید ساختهشده در محفظه آزمون نشان داده شده است. دسترسی به داخل این ناحیه دریچههایی نیز در دیوارهای کناری مقطع قرار داده شده است. طول مقطع آزمون نسبت به ارتفاع آن در محدوده 1-3 است که نسبت بهینه پیشنهادشده در حدود 1/5 است. در اثر عبور جریان هوا از روی سطوح مقطع آزمون الیه مرزی بر روی آنها ایجاد شده و این باعث کاهش سطح موثر مقطع میشود. طبق قانون پیوستگی با کاهش سطح مقطع سرعت هوا افزایش یافته و افت فشار استاتیکی نیز افزایش مییابد. از این رو برای جلوگیری از این افت فشار مقطع آزمون را کمی واگرا میسازند. زاویه واگرایی معموال در حدود 0/5 تا 1 درجه است. تونل باد استفاده شده در این تحقیق دارای مقطع مربعی به ابعاد سانتیمتر و طولی برابر 90 سانتیمتر است. طول محفظه آزمون معموال بین یك تا دو برابر بزرگترین ضلع محفظه آزمون انتخاب میشود و برای كم كردن میزان اغتشاش سرعت هوا افزایش یكنواختی جریان و ایجاد خطوط جریان موازی برای ورود به محفظه آزمون قبل از محفظه آزمون یك ناحیه با سطح مقطع ثابت و طول كوتاه تعبیه شده است تا خطوط جریان خروجی نازل انقباض یكنواخت گردد ]4[. برای اندازهگیری فشار استاتیکی روی سطح ایرفویل تعداد 12 سوراخ روی سطح مکش و 11 سوراخ روی سطح فشار تعبیه شده است و بهصورتی که در شکل 3 مشاهده میشود به وسیله سوزنهایی به لولههایی از جنس پالستیک متصل شدهاند. لولهها از داخل ایرفویل )که تعدادی از آنها همانند شکل توخالی شده و از دیواره محفظه آزمون بیرون آمدهاند( به مبدل الکترونیکی فشار متصل شدهاند. Fig. 1. collection of cascade in test section شکل 1: مجموعه پرههای ساختهشده داخل محفظه آزمون Fig. 3. Pressure tapping's with presure transducer نازل مورد استفاده در این تحقیق همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود دارای ابعاد /5 سانتیمتر است و حداقل سرعت خروجی هوا بدون ایجاد نوسان در خروج 34 متر بر ثانیه و حداکثر سرعت خروجی 47 متر بر ثانیه است. يکي از پارامترهاي مهم جهت رعايت سطح غیریکنواختی مجاز درجریان خروجی نسبت همگرايي است. مقدار سرعت جريان هوا عدد رينولدز جريان و ابعاد محفظه آزمون تعيينکننده نسبت همگرايي درنازلهاي تونل باد هستند. به همین منظور در نازل مورد استفاده از نسبت همگرایی 3 استفاده شده است. بدنه اصلی مقطع آزمون از پلکسی گالس ساخته شده است و معموال سطح زیرین مقطع از مواد سختتر مانند آهن ساخته میشود. به منظور دقت اندازهگیری این مبدل 0/1 میلیمتر آب است. 3-3 دستگاه جریانسنج سیم داغ به وسیله دستگاه جریانسنج سیم داغ میتوان سرعت لحظهای جریان سیال را در محدوده وسیعی اندازهگیری کرده و با استفاده از سرعت لحظهای اندازهگیریشده سرعت متوسط اغتشاشهای جریان سیال وتنشهای رینولدز را اندازهگیری کرد. دقت دستگاه جریانسنج سیم داغ در شرایط مناسب حدود 0/1-0/2 درصد است. در این تحقیق از پرابهای یکبعدی مستقیم SN که سرعت متوسط و شدت اغتشاشهای جریان سیال را در یک بعد اندازهگیری کرده و پراب الیه مرزی که مشخصههای موردنیاز الیه مرزی را اندازهگیری مینماید استفاده شده است. همچنین دراین تحقیق از سنسور تنگستن استفاده شده است که ثابت زمانی /ρ.c( )σ.α آن نسبت Fig. 2. Nozzle profile شکل 2: شکل و پروفیل نازل طراحیشده شکل 3: تپینگ های فشار به همراه دستگاه فشار سنج 4

3 10 تا 3 صفحه 1396 سال 1 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه Fig. 4. The wind tunnel used for calibration سریع آن فرکانسی پاسخ نتیجه در و بوده کوچک سیال جریان تغییرات به 1/25 طول و 5 حدود قطر دارای و بوده روکش بدون سنسور این است. است. میلیمتر است ثابت دما نوع از آزمایش این در استفاده مورد داغ سیم جریانسنج تفاضلی تقویتکننده وتستون پل شامل CT ثابت دما الکترونیکی مدار دما وضعیت در است. جریان تقویتکننده و فرکانسی پاسخ تنظیمکننده سیال جریان شرایط تغییر با همزمان سنسور المان حرارتی اینرسی ثابت رد عمدهای مزایای با همراه قابلیت این میشود. داده تطبیق خودکار بهطور ضریب یک قراردادن با عملکرد وضعیت این بود. خواهد اندازهگیری شرایط در سریع تغییر یک آوردن بدست برای داغ سیم مدار در تفاضلی تقویتکننده جریان سرعت در ناگهانی تغییرات تا میآید بدست سنسور گرمکننده جریان ]5[. کند جبران را سیال سرعت اندازهگیری به قادر داغ سیم جریانسنج دستگاه اینکه به توجه با نایکوست قانون طبق است کیلوهرتز 30 از باالتر فرکانس با لحظهای جریان فرکانس برابر دو باید نمونهبرداری نرخ حداقل دادهها صحیح دریافت برای سیگنال تطبیقدهنده مدار در فرکانس این باشد. داغ سیم جریانسنج دستگاه سیال جریان نوع به توجه با میشود. تعیین و مشخص پایینگذر فیلتر با و شده مشخص سیال جریان سرعت اغتشاشهای فرکانس رینولدز عدد و میشود. تعیین نمونهبرداری نرخ آن براساس دستگاه خروجی نمایش به قادر داغ سیم جریانسنج دستگاه نرمافزارهای فرکانسی پاسخ بنابراین میباشند اسلیوگرام بهصورت داغ سیم جریانسنج رایانه طریق از مربعی موج به نسبت میتوان را داغ سیم جریانسنج دستگاه دستگاه که آنجایی از کرد. تنظیم را داغ سیم جریانسنج دستگاه و مشاهده شرایط در تغییری کوچکترین و بوده باالیی بسیار دقت دارای جریانسنج بر میتواند... و اندازهگیری محیط آلودگی پراب قرارگیری نحوه جریان هر انجام از قبل کالیبراسیون لذا باشد تاثیرگذار آن خروجی ولتاژ مقدار روی ]6[. میرسد نظر به ضروری آزمایشی شده کالیبره ثانیه بر متر 35 تا 1 سرعتهای بین نقطه 27 تحقیق این در سیم جریانسنج دستگاه میشود مشاهده 4 شکل در که همانطور و است. بسته مدار نوع از باد تونل این که است شده کالیبره دیگری باد تونل در داغ است. دسترسی قابل آن در ثانیه بر متر 40 تا 2 سرعت و بوده چندجملهای معادله یک داغ سیم جریانسنج دستگاه کالیبراسیون معادله گونهای به معادله از استفاده سادگی همچنین و دقت میزان که است 4 درجه زمان در همچنین و یافته کاهش منحنی نمودن تقریب خطای که است خروجی ولتاژ از استفاده با را سیال جریان سرعت میتوان کوتاهی بسیار کالیبراسیون منحنی 5 شکل در کرد. مشخص داغ سیم جریانسنج دستگاه است. شده داده نشان استفاده مورد داغ سیم جریانسنج کالیبراسیون انجام برای استفاده مورد باد تونل 4: شکل Fig. 5. Calibration curve کالیبراسیون منحنی 5: شکل سطح به نسبت داغ سیم سنسور دقیق موقعیت 4-4 تعیین ایرفویل نزدیک سرعت اندازهگیری داغ سیم سنسور با کار مشکالت از یکی نسبت داغ سیم سنسور موقعیت محاسبه برای مرجع نقطه تعیین است. دیواره در شود. انجام باید که است فعالیتهایی مهمترین از یکی ایرفویل سطح به پایههای تماس محل را مرجع نقطه محققین توسط ارائهشده کارهای بیشتر تماس علت به مرجع نقطه تعیین نوع این که میگیرند نظر در سطح با پراب سوختن احتمال آن مکانیکی استحکام بودن کم و دیواره با سنسور فیزیکی ]7[. میبرد باال بسیار را پراب سنسور و دادهبرداری سیستم عملکردی مشخصههای از تحقیق این در روش این است. شده استفاده سنسور واقعی موقعیت تشخیص برای داغ سیم سنسور سوختن احتمال لذا ندارد سطح با سنسور فیزیکی تماس به نیازی از فشار با هوا میشود مشاهده 6 شکل در که همانطور میرسد. حداقل به بیرون به شده ایجاد ایرفویل سطح روی فشار اندازهگیری جهت که سوراخی 5

4 10 تا 3 صفحه 1396 سال 1 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه به است شده داده نشان شکل در که مکانیزمی همزمان میشود. دمیده سطح است شیاری دارای میله این نوک میگیرد. قرار آن روی و شده نزدیک سواخ جریان واقع در میشود. منحرف آن به برخورد از پس هوا جت که گونهای به میلیمتر 0/2 تقریبا آن ارتفاع که میآید در صفحهای جت یک بهصورت هوا بیشترین جت مرکز در گیرد قرار جت جلویی قسمت در سنسور چنانچه است تا سنسور دقیق فاصله اینکه به توجه با نمود. خواهد اندازهگیری را سرعت میشود. مشخص ایرفویل سطح تا سنسور قاصله است مشخص سطح Fig. 7. Probe traversing mechanism Fig. 6. The mechanism of determining the exact position of the hot-wire sensor compared to the surface سطح به نسبت داغ سیم سنسور دقیق موقعیت تعیین مکانیزم 6: شکل ایرفویل پراب انتقالدهنده مکانیزم 7: شکل Fig. 8. The fluid flow turbulence in the time domain پراب انتقالدهنده 5-5 مکانیزم دقت به نیاز دیواره نزدیک در جریان سرعت پروفیل اندازهگیری هنگام ایرفویل سطح به نسبت داغ سیم سنسور مکانی موقعیت تعیین در زیادی سرعت توزیع و داده قرار مناسب مکان در را پراب بتوان که آن برای است. به نیاز نمود اندازهگیری مکان به نسبت را سیال جریان سرعت تغییرات یا و و پراب جابجایی از اطمینان منظور به ]7[. است پراب انتقالدهنده مکانیزم دقت با مکانیکی ساعت یک سطح به داغ سیم سنسور برخورد از جلوگیری در مکان تغییر دقیق مقدار فوق سیستم با موازی بهصورت میلیمتر 0/01 است. شده داده نشان 7 درشکل مکانیزم این میدهد. نشان را قائم راستای زمانی تحلیل و 6-6 تجزیه و زمان حوزه در میتوان را سیال جریان لحظهای سرعت بررسی شکل مطابق لحظهای سرعت نمایش زمان حوزه در داد. انجام نیز فرکانس سیال جریان سرعت اسیلوگرام از استفاده با است. اسیلوگرام بهصورت 8 کرد. بررسی زمان به نسبت را سیال جریان لحظهای سرعت تغیرات میتوان در 9 شکل مطابق را آن است بهتر لحظهای سرعت دقیق بررسی منظور به جریان سرعت اغتشاشهای انرژی مقدار سپس کرد. بررسی فرکانس حوزه تعیین را سیال جریان کیفیت و کرده مشخص خاص فرکانس در را سیال توربولنت کامال جریان است مشخص 9 و 8 شکلهای از که همانطور کرد. است. هرتز کیلو 1 حدود غالب فرکانس و بوده زمان درحوزه سیال جریان اغتشاشات 8: شکل Fig. 9. The fluid flow turbulence in the frequency domain فرکانس درحوزه سیال جریان اغتشاشات 9: شکل 6

5 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 1 سال 1396 صفحه 3 تا 10 Fig. 10. Airfiol collection grid 7-7 تحلیل عددی روشهای دینامیك سیاالت محاسباتی روشهای مناسبی برای طراحی و تحلیل توربوماشینها میباشند. معادالت مورد استفاده برای توربوماشینها همان معادالت مورد استفاده برای دیگر جریانها هستند. با این تفاوت كه شرایط مرزی برای توربوماشینها از جمله پیچیدهترین موارد در مباحث دینامیك سیاالت عددی است. مدل توربوالنس استفادهشده دراین تحقیق Realizable k-ε است. این مدل شامل یک فرمولبندی جدید برای لزجت توربوالنسی است. دلیل استفاده از این مدل به خاطر مدلسازی بهتر الیه مرزی و ارائه نتایج بهتر در جاهایی که گرادیانهای قوی فشار معکوس و نیز در قسمتهایی که جدایش و چرخش مجدد رخ میدهد پیش میآید ]8[. معادالت انتقال مورد استفاده برای k و ε در مدل توربوالنسی Realizable k-ε بهصورت زیر میباشند ]9[: Dk µ t k ρ = [( µ + ) ] + Gk ρε YM Dt x σ x شکل 10: شبکهبندی مجموعه ایرفویل j k j 2 Dε µ t ε ε ρ = [( µ + ) ] + ρcs 1 ε ρc2 Dt x σ x x K + υη j j j که در روابط فوق داریم: η C1 = max[0.43, ] η + 5 Fig. 11. Grid domain near the blade surfaces schematic η= Sk ε 2 k µ 1 =ρc µ ε ثابتهای مورد استفاده در این مدل توربوالنسی به قرار زیر هستند: C1 ε = 1.44, C2 = 1.9, σk = 1.0, σε = 1.2 معادالت مورد استفاده معادالت ناویر-استوکس با فرض جریان لزج تراکمناپذیر و غیردائم بوده و روش حل عددی معادالت روش پیوسته ضمنی از مرتبه 2 است. در این تحلیل در مشبندی از شبکه ترکیبی استفاده شده است. همانطورکه در شکل 10 مشخص است در نواحی نزدیک دیواره که رفتار الیه مرزی مهم است از شبکهبندی سازمانیافته )که مناسب نواحی نزدیک دیواره است( و در بقیه نواحی حل از شبکهبندی مثلثی بهره گرفته شده است. همانطوریکه درشکل 11 مشخص است بر روی نواحی نزدیک دیواره از مشبندی سازمانیافته با مش متراکمشده بر روی نواحی نزدیک سطح پره استفاده شده است ]10[. بهصورتی که نگاشت به شکل یکبهیک است همچنین در مناطقی که گرادیانهای شدید جریان وجود دارد توزیع نقاط شبکه متراکمتر و اعوجاج خطوط شبکه کم است. در این تحقیق شرط ورودی برای سرعت ورودی 34/64 متر بر ثانیه و شرط مرزی خروجی فشار با تعریف فشار استاتیک خروجی امکانپذیر است. در این تحقیق فشار استاتیک در خروج فشار اتمسفر فرض شده است. الزم به ذکر است شرایط مرزی مورد استفاده برای فشار نسبت به فشار مرجع شکل 11: مشبندی سازمانیافته در نزدیکی سطح پره Fig. 12. The diagram of Y + شکل :12 نمودار + Y مشخص شده است. در نهایت بعد از اتمام تحلیل جریان و همگراشدن حل برای اطمینان از مدلشدن درست و کامل الیه مرزی مقدار بدستآمده عدد + Y که فاصله بدونبعد اولین شبکه روی سطح است باید مقدار مناسبی داشته باشد )کمتر از 1( در غیر این صورت باید مشبندی مجددی در مورد دامنه حل انجام شده و مش مناسبتری در نواحی نزدیک دیواره تولید گردد ]10[. درشکل 12 مقدار + Y روی سطوح پره نشان داده شده است. 7

6 10 تا 3 صفحه 1396 سال 1 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه سکون فشار 8-8 افت رساندن حداقل به کمپرسورها بهینه طراحی در فاکتورها مهمترین از یکی از: است عبارت سکون فشار افت مقدار است سکون فشار از ناشی افت s ( p p ) ρc dy 0 o1 o2 x po = s dm 0 خط راستای در کل سکون فشار تغییرات نسبت با فشار افت ضریب ]11[: میشود تعریف زیر بهصورت کل دینامیکی فشار بر جریان 2 ps cos α1 C ps = = cos ρc α2 1 2 نتایج 9-9 بررسی فشار سطوح روی فشار توزیع بر صلبیت تاثیر مطالعه به تحقیق این در تحلیل و تجربی اندازهگیری با تحقیق این است. شده پرداخته پره مکش و در است. گرفته انجام کسیکد پره 3 مجموعه از میانی پره روی بر عددی و آزمایشگاهی نتایج تحلیل از بدستآمده فشار توزیع 14 و 13 شکلهای مقایسه یکدیگر با فشار و مکش سطوح روی بر مختلف صلبیتهای در عددی در خطا حداکثر مقدار که است شده مشاهده جوابها مقایسه با است. شده عددی حل باالی دقت نشاندهنده که است درصد 5 بدستآمده جوابهای بر است مشخص که همانطور موجود نتاج در است. آزمایش از حاصل نتایح و به چه هر مییابد. کاهش فشار ضریب صلبیت افزایش با فشار سطح روی بطوریکه است شده کمتر فشار ضرایب اختالف میرویم پیش فرار لبه سمت با مکش سطح روی بر میباشند. دارا را برابری تقریبا مقادیر فرار لبه در اهمیت حائز نیز نکته این ذکر مییابند. کاهش فشار ضرایب صلبیت افزایش منتقل فشار سطح به مکش سطح از را سکون نقطه صلبیت افزایش که است دوبعدی حالت در شده انجام تستهای شرایط که است ذکر قابل میکند. استفادهشده مرجع با دینامیکی و سینماتیکی نسبتهای رعایت به باتوجه پروفیلها روی پارامترها تغییرات به فقط و بوده سهبعدی شرایط با مشابه از سطح نزدیکی در سرعت توزیع مقایسه به ادامه در کرد. استناد میتوان کار مشکالت به توجه با است. شده پرداخته نیز عددی و تجربی دیدگاه دو حل از بدستآمده جوابهای مقایسه سطح نزدیکی در داغ سیم سنسور با مقایسه با امکانپذیرنیست. آزمایشگاهی اندازهگیری با منطقه این در عددی بهوسیله اندازهگیری از میلیمتر 0/1 از بیش فاصله در بدستآمده جوابهای است. شده مشاهده خوبی تطابق عددی حل با داغ سیم جریانسنج صلبیت کاهش که است شده مشاهده 18 تا 15 نمودارهای بررسی با الیه ضخامت میشود. فشار سطح روی بر مرزی الیه ضخامت افزایش باعث فرار لبه به شدن نزدیک با ولی است کم حمله لبه در سطح این روی بر مرزی میشود. مالحظه قابل مقدار این نتایج حمله لبه نزدیکی در سطح انحنا به توجه با مکش سطح روی بر است. درصد 10 باالی خطای دارای عددی حل با آزمایش انجام از حاصل دیگر در سطح این روی بر سرعت توزیع به مربوط نمودارهای مقایسه با اما بدستآمده جوابهای در درصد( 5 از )کمتر قبولی قابل اختالف مقاطع نتیجهگیری این به میتوان 18 تا 15 نمودارهای بررسی با است. شده مشاهده کاهش مکش سطح روی بر مرزی الیه ضخامت صلبیت افزایش با که رسید افزایش مرزی الیه ضخامت فرار لبه به شدن نزدیک با همچنین مییابد. تمامی در سرعت پره سطح از ثابت فاصله یک در است ذکر به الزم مییابد. است. فشار سطح از بیشتر مکش سطح مقاطع Fig. 13. The experimental and numerical comparison of pressure coefficient at solidity=0.8 c/s=0/8 فشاردر ضریب عددی و تجربی نتایج مقایسه 13: شکل Fig. 14. the experimental and numerical comparison of pressure coefficient at solidity=1.2 c/s=1/2 فشاردر ضریب عددی و تجربی نتایج مقایسه 14: شکل Fig. 15. The experimental and numerical comparison of solidity effect in the velocity distribution on the pressure surface at 15 % of chord روی بر سرعت توزیع در صلبیت تاثیر تجربی و عددی مقایسه 15: شکل وتر درصد 15 در فشار سطح 8

7 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 1 سال 1396 صفحه 3 تا 10 با کاهش فاصله پرهها فشار کاهش یافته و سرعت افزایش پیدا میکند. طبق معادله پیوستگی میتوان گفت با افزایش صلبیت نسبت مساحت ورودی و خروجی کاهش یافته و با توجه به رابطه عکس نسبت مساحت با سرعت سرعت افزایش مییابد. تقدیر و تشکر 1010 نتیجهگیری در یک جمع بندی کلی میتوان گفت که با افزایش مقدار صلبیت یعنی انجام این تحقیق در آزمایشگاه آئرودینامیک دانشگاه علم و صنعت تهران صورت پذیرفته است که بدین صورت ازاین مرکز تشکر میمیشود. منابع [1] Howell, A. R. Design of Axial Compressors. Lectures on the Development of the British Gas Turbine Jet Unit Published in War Emergency Issue No. 12 of the Institution of Mechanical Engineers. A.S.M.E. Reprint, (1947): [2] Hayashibara, S., Cascade flow Simulation and Measurement for the Study of Axial Compressor Loss Mechanism, Wichita State University, [3] Whitehead, D. S, Force and Moment Coefficients for Vibrating Airfoils in Cascade, University of Cambridge, [4] Ardekani, M.A., Low Speed Wind Tunnel, Design Principles & Application. Khajenasir Uni. Tehran, Iran, [5] Bruun, H.H., Hot-Wire Anemometery Principles and signal analysis,oxford university press, (1996): [6] Collis, D.C. and Williams, M.J., Two dimensional convection from heated wire at low Reynold numbers.,j.fluid Mech, 6 (1959): [7] Papadopoulos, G and M.V. Otugen A Simple automated hotwire positioning technique for near-wall measurements. Experiments in Fluids, 15 (1993): [8] Athanasiadis, A.N., D.G. Koubogiannis and K.C. Giannakoglou One- and two-equation turbulence models for the prediction of complex cascade flows using unstructured grids, [9] Kunz, R. F., B. Lakshminarayan, Computation of Supersonic and Low Subsonic Cascade Flows Using An Explicit Navier- Stokes Technique amd The k-e Turbulence Model, Department of Aerospace Engineering Pennsylvania State University,1992. [10] Rodrick V.Chima, Analysis of Inviscid and Viscouse Flows in Cascades with and Explicate Multiple-Grid Algorithm, Lewis Research Center Cleveland, Ohio, [11] Yaha, S. M., Turbines,Compressors and Fans,Tata MaGraw- Hill Publishing company Limited, Please cite this article using: Fig. 16. The experimental and numerical comparison of solidity effect in the velocity distribution on the suction surface at 15 % of chord. شکل 16: مقایسه عددی و تجربی تاثیر صلبیت در توزیع سرعت بر روی سطح مکش در 15 درصد وتر Fig. 17. the experimental and numerical comparison of solidity effect in the velocity distribution on the pressure surface at 85 % of chord شکل 17: مقایسه عددی و تجربی تاثیر صلبیت در توزیع سرعت بر روی سطح فشار در 85 درصد وتر Fig. 18. The experimental and numerical comparison of solidity effect in the velocity distribution on the suction surface at 85 % of chord. شکل 18: مقایسه عددی و تجربی تاثیر صلبیت در توزیع سرعت بر روی سطح مکش در 85 درصد وتر براى ارجاع به این مقاله از عبارت زیر استفاده کنید: R. Eftekhari, R. Taghavi, S. M. Nima Shojaee, Experimental and Numerical Investigation of Rigidity Effects on Aerodynamic Performance of Axial Compressor Cascade, Amirkabir J. Mech. Eng., 49(1) (2017) DOI: /mej

8