Çok kademeli eksenel kompresörlerin ön tasarım aracının geliştirilmesi
Devolopment of multistage axial compressor preliminary design tool
- Tez No: 891166
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HADİ GENCELİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Bu tez, çok kademeli eksenel kompresörler için bir ön tasarım aracının geliştirilmesini sunmaktadır. Bu araç, ortalama çapta akış yolunun hesaplanması ve akabinde akım çizgisi eğriliği yöntemi kullanılarak iki boyutlu akış analizinin yapılması için belirlenmiş metodolojilerden yararlanmaktadır. Akış yollarını düzeltmek için iç içe döngülere olan ihtiyacı ortadan kaldıran ve hesaplama verimliliğini artıran yeni bir yaklaşım önerilmektedir. İki boyutlu çözücü, denklemleri iç içe döngüler olmadan çözmek için özgün bir yöntem kullanmaktadır. Bu tasarım aracın temel odak noktası, kademeler bazında ortalama kayıpların güvenilir tahminlerini sağlayan basitleştirilmiş kayıp modellerini kullanarak ön kompresör tasarımı yapmaktır. Başlangıç tasarım aşamasında, geometrik parametrelerin belirlenmektedir. Geliştirme süreci, kodun kullanılabilirliğini ve genişletilebilirliğini artıran nesne yönelimli programlama prensiplerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Aracın validasyonu, tanınmış enerji verimli motorun (EEE) yüksek basınçlı kompresör ve NASA Kademe 37'nin performans verileri kullanılarak yapılmıştır. Hesaplamalar, kütle debisi, basınç oranı, girişteki kök-uç çap oranı, akış katsayısının dağılımı, iş katsayısı ve kademeler boyunca stator çıkış açısı gibi anahtar giriş parametrelerine ve diziler boyunca boyutsuz belirleyici çapın dağılımına dayanmaktadır. Geliştirilen kodun yeterliliği, rotor hızını, izantropik verimliliği ve basınç oranı dağılımını, sıcaklık artışını, kademe izantropik verimliliğini, kanat difüzyon faktörlerini, kayıp katsayılarını ve diğerlerini içeren anahtar performans göstergeleri incelenerek değerlendirilmiştir. EEE kompresörünün tek boyutlu hesaplamasında verimlilik ve dönme hızı sapmaları sırasıyla %-0,12 ve %-0,65'tir. NASA Kademe 37'nin iki boyutlu doğrulama hesaplamasında da sonuçlar kompresör test verileriyle iyi bir uyum göstermiştir. Ayrıca, geliştirilen yazılım kullanılarak dört kademeli bir kompresör tasarlanmış ve parametreleri sayısal deneylerle doğrulanmıştır. Kütle debisindeki tasarım parametrelerinden sapma %-3,6, basınç oranı için %-2,81 ve verimlilik için %-1,81 olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu ön tasarım aracı, çok kademeli eksenel kompresörlerin tasarımı için pratik ve verimli bir çözüm sunmaktadır. Sunulan metodoloji ve doğrulama sonuçları, tasarım süreci hakkında değerli bilgiler sağlamakta ve turbo makine tasarımında gelecekteki araştırmalar için bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the development of a preliminary design tool for multi-stage axial compressors. The tool leverages established methodologies for calculating the flow path at mean diameter and subsequent two-dimensional flow analysis using the streamline curvature method. A novel approach to smoothing flow paths is proposed, which eliminates the need for nested loops and enhances computational efficiency. The two-dimensional solver employs an original scheme for solving equations without nested loops. The primary focus of this tool is on preliminary compressor design utilizing simplified loss models that provide reliable predictions of stage-wise average losses. This facilitates the determination of geometric parameters during the initial design phase. The development process adheres to object-oriented programming principles, enhancing code usability and extensibility. Validation of the tool is conducted using performance data from the well-known energy efficient engine (EEE) high-pressure compressor and NASA Stage 37. The calculations are based on key input parameters such as mass flow rate, pressure ratio, hub-to-tip diameter ratio at the inlet, distribution of flow coefficient, loading coefficient, and stator exit angle across the compressor stages, as well as the distribution of the dimensionless mean diameter across the rows. The adequacy of the developed code is evaluated by examining key performance indicators, including rotational speed, isentropic efficiency, pressure ratio distribution, temperature rise, stage isentropic efficiency, blade diffusion factors, and loss coefficients. The deviations in efficiency and rotational speed for the one-dimensional calculation of the EEE compressor are -0.12% and -0.65%, respectively. In the two-dimensional validation for NASA Stage 37, the results also showed good agreement with the compressor test data. Furthermore, a four-stage compressor was designed using the developed software, and its parameters were validated through numerical experiments. The deviation from the design parameters for mass flow rate was -3.6%, for pressure ratio -2.81%, and for efficiency -1.81%. In conclusion, this preliminary design tool provides a practical and efficient solution for the design of multi-stage axial compressors. The presented methodology and its validation results offer valuable insights into the design process and lay a foundation for future research in turbomachinery design.
Benzer Tezler
- A Preliminary design system for axial flow compressors
Eksenel akışlı kompresörler için bir ön tasarım sistemi
ÖNDER OKYAY
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET Ş. ÜÇER
- Numerical investigation of the influence of sweep and lean on a transonic axial compressor rotor
Transonik eksenel kompresör rotorunda uygulanan 'sweep' ve 'lean' methodlarının aerodinamik etkilerinin nümerik yaklaşımlar ile incelenmesi
HASAN BERK GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
- Flow simulation of high speed high pressure radial blower
Yüksek hızlı yüksek basınçlı radyal üfleyicide akış benzetimi
ÖZGE ÖZGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. İ. BEDİİ ÖZDEMİR
- Eksenel transonik kompresörlerde gövde işlemenin performans ve kararlı çalışma aralığına olan etkisinin incelenmesi
The influence of casing treatment on the performance and stall margin for axial transonic compressors
AHMET BEŞKARDEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Jet motorlarında eksenel kompresör tasarımı
Jet engine axial compressor design
YAVUZ SELİM MEHEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Havacılık MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SALİH ÖZEN ÜNVERDİ