Numerical investigation of compressor stator well
Kompresör statör kuyusunun numerik analizi
- Tez No: 875091
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ATA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu tez, örtülü (shrouded) kompresör statorunun altında bulunan bir bölge olan kompresör kuyusu boşluğu içindeki akış özelliklerini araştırmaktadır. Boşluk hem aerodinamik performansı hem de termal ve ikincil hava sistemlerinin çalışmasını önemli ölçüde etkilemektedir. Boşluğa aşırı sızıntı akışı aerodinamik performansı düşürür ve rüzgar gücü kaybını (windage power loss) artırır. Tersine, yetersiz akış malzeme sınırlarını aşan yüksek hava sıcaklıklarına neden olabilir. Sonuç olarak, gaz türbini motor verimliliğini optimize etmek için kaçak akış oranının hassas kontrolü çok önemlidir. İlk olarak, literatürdeki deneysel test verilerinden yararlanılmıştır. Test geometrisi, değişen giriş girdap oranı (swirl ratio) ve türbülanslı akış parametresi ile kompresör kuyusu boşluğu içindeki akış davranışını anlamak için kullanılır. Tüm boşluk üç alt boşluğa bölünmüştür: yukarı (upstream) akış boşluğu, sızdırmazlık (seal) boşluğu ve aşağı (downstream) akış boşluğu. Her bir boşluk için girdap oranı değerleri açısal momentum korunumu uygulanarak hesaplanmıştır. Rotor torkunun büyük kısmının yukarı akış boşluğundan kaynaklandığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, stator çıkış girdap oranlarını gerçekçi bir şekilde temsil eden düşük giriş girdap oranı durumları için, türbülanslı akış parametresinin artmasıyla girdap oranı azalır, çünkü kaçak havanın momentumu düşüktür ve rotor torkları (1-Xk)^1.35 ile baskındır. Ayrıca, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemini deney sonuçlarıyla karşılaştırarak doğrulamak için deneysel bir test vakası seçilmiştir. CFD sonuçlarının yanı sıra, Bölüm 2'de açıklanana benzer bir 1B çözücü programı olan Flow Simulator'ın sonuçları da sunulmuştur. Genel olarak, hem HAD hem de Flow Simulator'ı deneysel verilerle tutarlı sonuçlar vermektedir. En yüksek dönme hızı ve basınç oranına sahip durum için bir ağ bağımlılığı çalışması yapılmıştır. Son olarak, motorun üç farklı güç ayarında akış parametrelerini analiz etmek için genel bir stator kuyusu seçilmiştir. Ayrıca, stator kuyusu içindeki akış parametreleri üzerindeki conta boşluğu etkisini araştırmak için en yüksek güç/itki koşulu için üç farklı boşluk incelenmiştir. Yukarı akış boşluğunun, yaklaşık %45'lik bir oranla rüzgarlama etkisinden ana sorumlu olduğu gözlemlenmiştir. Rotor torkları yukarı akış boşluğu içinde baskındır. Rotor torkunun radyal dağılımı, nominal geometrik özelliklerin ötesinde girdap oranını artırarak rüzgar gücünü azaltma olasılığına ışık tutmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the flow characteristics within the compressor well cavity, a region located beneath the shrouded compressor stator. The cavity significantly influences both aerodynamic performance and the operation of the thermal and secondary air systems. Excessive leakage flow into the cavity degrades aerodynamic performance and increases windage power loss. Conversely, insufficient flow can result in elevated air temperatures exceeding material limits. Consequently, precise control of leakage flow rate is crucial for optimizing gas turbine engine efficiency. First, experimental test data from the literature is utilized. The test case geometry is employed to understand flow behaviour within the compressor well cavity with varying inlet swirl ratio and turbulent flow parameter. The entire cavity is divided into three subcavities: the upstream cavity, the seal cavity, and the downstream cavity. Swirl ratio values are calculated for each cavity by implementing angular momentum conservation. It is observed that majority of the rotor torque originates from the upstream cavity. Moreover, for low inlet swirl ratio cases, which realistically represent stator exit swirl ratios, swirl ratio decreases with increasing turbulent flow parameter due to low momentum of the leakage air and rotor torques are predominant with〖 (1-Xk)〗^1.35. Also, test data is used to validate Computational Fluid Dynamics method by comparing it with experimental results. Alongside the CFD results, the results of Flow Simulator, a 1D solver program similar to that described in Chapter 2, are presented. Overall, both CFD and Flow Simulator effectively capture flow characteristics consistent with experimental data. A mesh dependency study is conducted for the case with the highest rotational speed and pressure ratio. Finally, a generic stator well case is selected to analyze flow parameters at three different power settings of the engine. Additionally, three different clearances for the highest power/thrust condition is examined to investigate clearance effect on the flow parameters within stator well. It is observed that upstream cavity is the main responsible for the windage heating, approximately %45. Rotor torques dominates within the upstream cavity. The radial distribution of the rotor torque sheds light into the possibility of reducing windage power by enhancing swirl ratio beyond the nominal geometrical features.
Benzer Tezler
- Soğutucularda kullanılan tek silindirli pistonlu kompresörlerin dinamik ve akustik analizi
Başlık çevirisi yok
HALUK EROL
- Numerical investigation of rotor wake-stator interaction
Rotor izi ile stator etkileşiminin sayısal incelenmesi
DERYA GÜRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Hava ve Uzay HekimliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MEHMET ŞERİF KAVSAOĞLU
PROF.DR. İBRAHİM SİNAN AKMANDOR
- Numerical aeroacoustics investigation of the effect of axial gap length between the rotor and stator of a transonic compressor stage
Transonik kompresörlerdeki rotor ve stator arası eksenel boşluk mesafesinin akustik etkisinin incelemesi
BORA YAZGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Bal peteği sızdırmazlık elemanında eğimli labirent keçe dişlerinin kaçak debiye etkisinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effect on leakage flow of inclined labyrinth teeth with honeycomb sealing element
İBRAHİM ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BEYTULLAH ERDOĞAN
- Numerical and experimental investigation of the effect of refrigerant mixtures on the refrigeration system
Soğutkan karışımlarının soğutma sistemi üzerindeki etkisinin sayısal ve deneysel incelenmesi
MUSTAFA ÖZSİPAHİ
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ