تعداد صفحات: ۱۸۰ | قابل ویرایش
فهرست مطالب پایان نامه دینامیک سیالات
عنوان صفحه
پیش گفتار
۱- بخش اول
۱-۱ دینامیک سیالات در توربوماشینها ۱
۲-۱ مقدمه ۱
۳-۱ ویژگیهای میدانهای جریان در توربوماشینها ۴
۴-۱ ویژگیهای اساسی جریان ۴
۵-۱ جریان در دستگاههای تراکمی ۷
۶-۱ جریان در فن ها و کمپرسورهای محوری ۸
۷- ۱جریان در کمپسورهای سانتریفیوژ ۱۶
۸-۱ جریان در سیستمهای انبساطی ۲۱
۹-۱ جریان در توربینهای محوری ۲۳
۱۰-۱ جریان در توربینهای شعاعی ۳۷
۱۱-۱ مدلسازی میدانهای جریان توربوماشینها ۴۱
۱۲-۱ مراحل مختلف مدلسازی مرتبط با فرآیند طراحی ۴۲
۱۳-۱ مدلسازی جریان برای پروسس طراحی ابتدائی ۴۴
۱۴-۱ مدلسازی جریان برای پروسس طراحی جز به جز ۴۶
۱۵-۱ قابلیتهای حیاتی برای تجهیزات آنالیز جریان در توربوماشینها ۴۷
۱۶-۱ مدلسازی فیزیک جریان ۴۹
۱۷-۱ معادلات حاکم و شرایط مرزی ۵۰
۱۸-۱ مدلسازی اغتشاش وانتقال ۵۵
۱۹-۱ تحلیل ناپایداری و اثر متقابل ردیف پره ها : ۶۱
۲۰-۱تکنیک های حل عددی ۶۵
۲۱-۱ مدلسازی هندسی ۷۰
۲۲-۱ عملکرد ابزار تحلیلی ۷۷
۲۳-۱ ملاحظات مربوط به قبل و بعد از فرآیند ۸۱
۲۴-۱ انتخاب ابزار تحلیلی ۸۶
۲۵-۱ پیش بینی آینده ۸۹
۲۶-۱ مسیرهای پیش رو در طراحی قطعه ۹۰
۲۷-۱ مسیرهای پیش رو در قابلیتهای مدلسازی ۹۳
۲۸-۱ خلاصه ۹۶
مراجع ۹۹
۲- بخش دوم
۱-۲ آزمونهای کارآیی توربو ماشینها ۱۰۴
۲-۲ آزمونهای کارآیی آئرودینامیکی ۱۰۴
۳-۲ اهداف فصل ۱۰۴
۴-۲ طرح کلی بخش ۱۰۵
۵-۲ تست عملکرد اجزا ۱۰۶
۶-۲ تأثیر خصوصیات عملکردی بر روی بازده ۱۰۹
۷- ۲تست عملکرد توربو ماشینها ۱۱۳
۸-۲ روش تحلیل تست ۱۱۴
۹-۲ اطلاعات عملکردی مورد نیاز ۱۱۵
۱۰-۲ اندازه گیریهای مورد نیاز ۱۱۵
۱۱-۲ طراحی ابزار و استفاده از آنها ۱۲۰
۱۲-۲ اندازه گیری فشار کل ۱۲۰
۱۳-۲ اندازه گیری های فشار استاتیک ۱۲۹
۱۴-۲ اندازه گیریهای درجه حرارت کل ۱۳۱
۱۵-۲ بررسی های شعاعی ۱۳۳
۱۶-۲ Rake های دنباله ۱۳۶
۱۷-۲ سرعتهای چرخ روتور ۱۳۸
۱۸-۲ اندازه گیریهای گشتاور ۱۳۹
۱۹-۲ اندازه گیریهای نرخ جریان جرم ۱۳۹
۲۰- ۲اندازه گیریهای دینامیکی : ۱۴۰
۲۱-۲ شرایط محیطی ۱۴۳
۲۲-۲ سخت افزار تست ۱۴۳
۲۳-۲ ملاحظات طراحی وسایل ۱۴۸
۲۴-۲ نیازهای وسایل ۱۴۹
۲۵-۲ ابزارآلات بازده ۱۵۱
۲۶-۲ اندازه گیریهای فشار ۱۵۱
۲۷-۲ اندازه گیریهای دما ۱۵۵
۲۸-۲ اندازه گیریهای زاویه جریان ۱۵۸
۲۹-۲ روشهای تست و جمع آوری اطلاعات ۱۶۱
۳۰-۲پیش آزمون ۱۶۱
۳۱-۲ فعالیت های روزانه قبل از آزمون ۱۶۲
۳۲-۲ در طی آزمون ۱۶۳
۳۳-۲ روشهای آزمون ۱۶۳
۳۴-۲ ارائه اطلاعات ۱۶۵
۳۵-۲ تحلیل و کاهش اطلاعات ۱۶۵
۳۶-۲ دبی اصلاح شده ۱۶۶
۳۷-۲ سرعت اصلاح شده ۱۶۷
۳۸-۲ پارامترهای بازده ۱۶۷
۳۹-۲ ارائه اطلاعات ۱۷۰
۴۰-۲ نقشه های کارآیی ۱۷۰
۴۱-۲ مشخص کردن حاشیه استال (stall margin) ۱۷۱
مراجع ۱۷۳
پیش گفتار
توربو ماشین ها ، بویژه توربین گاز و موتور جت، امروزه نقش به سزایی در زمینه های مختلف صنعتی، تولید نیرو و کاربردهای هوا و فضا و حمل و نقل هوایی و کاربردهای نظامی پیدا کرده است. از طرفی با افزایش تقاضا و همچنین افزایش هزینه های مربوط به تأمین سوخت بر این توربو ماشینها، و نیاز به طراحی ماشینهایی کاراتر، کوچکتر، سبکتر، وبا مصرف سوخت کمتر، تحقیقات مختلفی در این راستا شکل گرفته است.
به ویژه با پیشرفت های چشمگیر تکنولوژی در زمینه های مختلف از جمله تکنیکهای جدید محاسبات عددی و کامپیوتری، مدلسازی و محاسبات سه بعدی، این گونه تحقیقات شتاب بیشتری گرفته است. در این مقاله که در دو بخش ارائه می شود، سعی شده است که اطلاعاتی در مورد مشخصات کلی این توربو ماشینها و میدانهای جریان موجود در آنها ارائه گردد.
در بخش اول، مطالبی در مورد ویژگیهای میدانهای جریان درانواع مختلف توربو ماشینها، از جمله توربینها و کمپرسورها، اعم از محوری یا سانتریفیوژ ارائه شده و با تشریح رفتار سیال در بخشهای مختلف این ماشینها، عوامل اصلی تلفات و افت بازده بازگو می گردد. سپس روشها و مراحل تحلیل و مدل سازی برای فرآیندهای طراحی بررسی خواهد شد.
بخش دوم به آزمونهای کارآیی توربو ماشینها می پرادزد.در این بخش با انواع ابزار و سخت افزاره و روشهای مربوط به تست و جمع آوری اطلاعات، در مورد انواع مشخصه ها و کمیت های جریان در نقاط مختلف توربو ماشین آشنا خواهیم شد. سپس این اطلاعات برای بررسی چگونگی عملکرد ماشین، با روشهای خاصی مورد پردازش و تحلیل قرار می گیرد. در انتها نیز روشهای ارائه این اطلاعات در قالب نقشه ها یا نمودارهای مناسب، مورد بحث قرار می گیرد.
مقدمه پایان نامه بررسی دینامیک سیالات
در طراحی کنونی توربو ماشین ها ، و بخصوص برای کاربردهای مربوط به موتورهای هواپیما، تاکید اساسی بر روی بهبود راندمان موتور صورت گرفته است. شاید بارزترین مثال برای این مورد، «برنامه تکنولوژی موتورهای توربینی پر بازده مجتمع» (IHPTET) باشد که توسط NASA و DOD حمایت مالی شده است.
هدف IHPTET، رسیدن به افزایش بازده دو برابر برای موتورهای توربینی پیشرفته نظامی، در آغاز قرن بیست و یکم می باشد. بر حسب کاربرد، این افزایش بازده از راههای مختلفی شامل افزایش نیروی محوری به وزن، افزایش توان به وزن و کاهش معرف ویژه سوخت (SFC) بدست خواهد آمد.
وقتی که اهداف IHPTET نهایت پیشرفت در کارآیی را ارائه می دهد، طبیعت بسیار رقابتی فضای کاری کنونی، افزایش بازده را برای تمام محصولات توربو ماشینی جدید طلب می کند. به خصوص با قیمتهای سوخت که بخش بزرگی از هزینه های مستقیم بهره برداری خطوط هوایی را به خود اختصاص داده است، SFC، یک فاکتور کارایی مهم برای موتورهای هواپیمایی تجاری می باشد.
اهداف مربوط به کارایی کلی موتور، مستقیما به ملزومات مربوط به بازده آیرودینامیکی مخصوص اجزاء منفرد توربو ماشین تعمیم می یابد. در راستای رسیدن به اهداف مورد نیازی که توسط IHPTET و بازار رقابتی به طور کلی آنها را تنظیم کرده اند، اجزای توربو ماشینها باید به گونه ای طراحی شوند که پاسخگوی نیازهای مربوط به افزایش بازده، افزایش کار به ازای هر طبقه، افزایش نسبت فشار به ازای هر طبقه، و افزایش دمای کاری، باشند.
بهبودهای چشمگیری که در کارایی حاصل خواهد شد، نتیجه ای از بکار بردن اجزایی است که دارای خواص آیرودینامیکی پیشرفته ای هستند. این اجزا دارای پیچیدگی بسیار بیشتری نسبت به انواع قبلی خود هستند که شامل درجه بالاتر سه بعدی بودن، هم در قطعه و هم در شکل مسیر جریان می باشد.
ویژگیهای اساسی جریان
میدان های جریان در توربو ماشین های ذاتا بسیار پیچیده و سه بعدی است. در بسیاری از موارد، جریان ها تراکم پذیرند و ممکن است از مادون صوت به جریان با سرعت صوت و به فراصوتی تغییر کنند. در مسیر جریان ممکن است شوک وجود داشته باشد و تعامل شوک و لایه مرزی ممکن است اتفاق بیفتد که باعث افت بازده می شود. گرادیان فشارهای قابل توجه، در هر جهتی می تواند وجود داشته باشد.
همچنین چرخش، یک فاکتور مهم است که رفتار جریان را تحت تاثیر قرار می دهد.
جریانها اکثرا لزج و مغشوش هستند، اگرچه ناحیه هایی با جریان لایه ای و انتقالی نیز وجود دارد. اغتشاش و تلاطم در میدان جریان می تواند در لایه مرزی و جریان آزاد اتفاق بیفتد، جایی که میزان اغتشاش، بسته به شرایط جریان بالادست، تغییر می کند. برای مثال جریان پایین دست یک محفظه احتراق یا کمپرسور چند طبقه می تواند اغتشاش جریان آزاد بسیار بیشتری نسبت به جریان ورودی به یک فن داشته باشد.
تنش های پیچیده و کاهش کارآیی می تواند ناشی از پدیده های جریان لزج، مثل لایه های مرزی سه بعدی، اثر متقابل بین لایه مرزی تیغه و دیواره، حرکت جریان نزدیک دیوار، جریان جدا شده، گردابه های مربوط به لقی نوک پره، گردابه های لبه فرار، دنباله ها، و اختلاط باشد. علاوه بر این، حرکت نسبی دیواره و انتقال بین دیواره های دوار و ثابت می تواند رفتار لایه مرزی را تحت تاثیر قرار دهد.
جریان ناپایدار می تواند در اثر تغییرات شرایط بالادست جریان با زمان، گردابه های رها شده از لبه فرار تیغه ها، جدایی جریان و یا اثر متقابل بین ردیف پره های دوار و ثابت، ایجاد شود، که می تواند منجر به بارگذاری ناپایدار بر روی تیغه ها شود.
جریان در دستگاههای تراکمی
سیستم های تراکمی توربو ماشینی در موتورهای هواپیما، می توانند از ترکیب های گوناگونی از اجزای محوری و یا شعاعی (سانتریفوژ) بهره ببرند. در موتورهای توربو فن معمولی، یک فن محوری در ورودی جریان قرار گرفته و بدنبال آن یک جداکننده جریان قرار دارد که جریانهای مرکزی و کنارگذر (بای پس) را از هم جدا می کند.
یک کمپرسور محوری چند طبقه در پایین دست جریان درون هسته (جریان مرکزی) قرار داده شده است و ممکن است به دنبال آن کمپرسور سانتریفوژ نیز قرار گیرد. اختصاصا در کاربردهای مربوط به موتور هواپیما و توربین گاز، اغلب از کمپرسورهای سانتریفوژ بهره برده می شود.
تمامی پیکربندی های سیستمهای تراکمی دارای جریانهای پیچیده و سه بعدی، با گرادیان فشار معکوس هستند که می توانند باعث جدایی جریان شوند. علاوه بر این چرخش، حرکت نسبی shroud، جریان های نشتی لبه ها، شوک ها، اثر متقابل شوک و لایه مرزی، اثر متقابل تیغه و endwall و نیز تاثیر متقابل ردیف تیغه ها همگی در ساختار میدان جریان کمپرسور نقش دارند. جزئیات مربوط به رفتار جریان بخصوص در مورد کمپرسورهای سانتریفوژ و محوری در بخش بعدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
