Optimization of sweep and lean angles of a compressor blade using CFD and artificial neural network
CFD ve yapay sınır ağı kullanarak bır kompresör palinin sapma ve eğik açılarının optımızasyonu
- Tez No: 833155
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUNİR ALİ ELFARRA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Eksenel akışlı kompresör, Rotor kanadı, Şekil optimizasyonu, Axial flow compressor, Rotor blade, Shape optimization
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, eksantrik akışlı bir kompresörün performansını sayısal olarak incelemekte olup, odak noktası kanat açılarının ve eğiklik eğrilerinin etkileridir. Referans bir temel oluşturmak için NASA Rotor 37 seçilmiştir. Kanat açıları ve eğiklik özellikleri, biri rotor bıçağı göbeğinden ölçülen diğeri rotor bıçağı ucundan ölçülen iki açı tarafından tanımlanır. Parametrik bir çalışma, bu dört açının (iki tanesi kanat açısı ve iki tane eğiklik için) tork, rotor toplam basınç oranı ve izentropik verimlilik açısından rotor performansını nasıl etkilediğini değerlendirir. Analiz, Spalart-Allmaras türbülans modelini kullanarak Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) denklemlerini çözerek gerçekleştirilir. Araştırma, eğiklik ve kanat açısı açılarının aynı anda değişiminin bıçak performansını önemli ölçüde etkilediğini ortaya koymaktadır. Ardından, dört girdi faktörünü içeren çok amaçlı bir optimizasyon sürecinde rotor performansını değerlendirmek için Box-Behnken bir tasarım kullanılarak 27 test yapılmıştır. Ayarlanmış açılara dayalı hesaplanan izentropik verimlilik, tork azaltılmasının iki faktöre bağlı olduğunu göstermiş; öne eğiklik ve pozitif eğiklik, toplam basınç oranını ve genel verimliliği artırmıştır. İlk Deney Tasarımı (DOE) sonrasında daha kısıtlı bir DOE kanat geometrisini optimize etmiştir. Çalışma, bu DOE'leri, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) sonuçları dahil olmak üzere tartışmaktadır ve kompresör performansı üzerindeki açı etkileşimlerini ve kare terimlerini keşfetmektedir. Çalışma, belirli formasyon parametrelerinin önemli etkilerini ortaya koyan kare denklemleri kullanarak optimizasyon sürecini deneysel olarak tahmin etmektedir. Sonuç olarak, bu performans parametrelerinin özellikle β2 ve açıların kare etkisi, γ1'ın lineer etkisi ve γ1 ile γ2 arasındaki etkileşim etkisi tarafından etkilendiğini sonuçlar. Son olarak, çalışma CFD simülasyonları ile deneysel testler arasındaki göreli farkları incelemektedir. Temel yapılandırmaya kıyasla, son tasarım genel performansı %9 artırır, basınç oranını 0.2 artırır ve tepe verimliliği yaklaşık 1 puan artırırken, gerekli tork değeri %1.4 iyileşme gösterir.
Özet (Çeviri)
This study numerically investigates the performance of an axial flow compressor, focusing on sweep and lean curves. NASA Rotor 37 was selected as the reference compressor to establish a baseline. Sweep and lean characteristics are defined by two angles, one measured from the rotor blade hub and the other from the rotor blade tip. A parametric study assesses how these four angles (two for sweep and two for lean) affect rotor performance in terms of torque, rotor total pressure ratio, and isentropic efficiency. The analysis involves solving the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) equations using the Spalart-Allmaras turbulence model. The investigation reveals that simultaneous variations in lean and sweep angles significantly impact blade performance. Subsequently, 27 tests were conducted using a Box-Behnken design to evaluate rotor performance in a multi-objective optimization process with four input factors. Isentropic efficiency, calculated based on adjusted angles, revealed that torque reduction depended on two factors: forward sweep and positive lean, leading to improved total pressure ratio and overall efficiency. After the initial Design of Experiment (DOE), a more constrained DOE optimized blade geometry. The study discusses and analyzes these DOEs, including Computational Fluid Dynamics (CFD) results, and explores angle interactions and square terms on compressor performance. The study empirically predicts the optimization process using quadratic equations, which highlight the significant influence of specific forming parameters. It concludes that these performance parameters are primarily affected by the quadratic effect of β2 and angles, the linear effect of γ1, and the interaction effect between γ1 and γ2. Lastly, the study examines the relative differences between CFD simulations and experimental tests. Compared to the baseline configuration, the final design significantly improves overall performance by 9%, increases pressure ratio by 0.2, and boosts peak efficiency by approximately 1 point. Additionally, the necessary torque value shows a 1.4% improvement.
Benzer Tezler
- Transonik Eksenel Kompresörün Bütünleşik Tabanlı Şekil Optimizasyonu
Adjoint Based Shape Optimization of a Transonic Axial Compressor
ABDURRAHMAN GÜNDÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHSİN ENGİN
- Integration of distributed generation in Iraq electrical distribution system: Pre-results and suggestions
Dağıtık üretimin Irak elektrik dağıtım sistemine entegrasyonu: Ön sonuçlar ve öneriler
AHMED ISAM ABDULSAHIB ABDULSAHIB
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN ERDİNÇ
- Design optimization and experimental validation of the additively manufactured passive vibration isolator of an inertial measurement unit in aerospace applications
Havacılık uygulamalarında bir ataletsel ölçüm biriminin eklemeli imalat ile üretilen pasif titreşim izolatörünün tasarım optimizasyonu ve deneysel doğrulaması
COŞKU VARDALLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
DR. CEYHUN TOLA
- Optımızatıon of polymer conjugatıon for ınterleukın-1 receptor antagonıst: Effıcıency, resolutıon, and functıonal assessment
İnterlökin-1 reseptör antagonisti için polimer konjugasyonunun optimizasyonu: verimlilik, ayrıştırılabilirlik ve fonksiyonel değerlendirme
IŞILAY GÖKTAN
Doktora
İngilizce
2025
BiyoteknolojiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDA KIZILEL
- Design, analysis and optimization of nozzles in a washing machine
Çamaşır makinesinde nozul tasarımı, analizi ve optimizasyonu
MERT ÇİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HALUK AKSEL