Optimum blade design and numerical analysis for single stage axial turbines
Tek kademeli eksenel türbinler için optimum kanat tasarımı ve sayısal analizi
- Tez No: 897833
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BEYTULLAH ERDOĞAN, PROF. DR. HABİL ALİ CEMAL BENİM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Buhar türbini, Gaz türbini, Gaz türbinli motorlar, Güç türbini, Steam turbine, Gas turbine, Gas turbine engines, Power turbine
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tek kademeli eksenel akışlı türbinlere özellikle yer altı madeninde ve deniz altında kullanılan cihazların güç gereksinimlerini karşılamak için sıkça karşılaşılmaktadır. Bu tür çalışma ortamlarında genellikle yüksek basınç oranı ve düşük kütlesel debi koşulları oluşmaktadır. Türbinin tek kademeli olarak tasarlanması türbinin boyutu açısından önemli avantajlar oluştursa da diğer yandan süpersonik akışlı olma durumu bir dezavantaj durumunu ortaya çıkarmaktadır. Tek kademeli türbinlerde yüksek güç ihtiyacını karşılamak için türbin girişindeki basınç enerjisi nozul/stator kısmında tamamı genişlemeye maruz kalmaktadır. Bu durum nozulun çıkışında ses üstü akışların oluşmasına sebebiyet vermektedir. Ses üstü akış koşullarında çalışmak olası karşı basınç etkilerin dolayı normal şok oluşumları oldukça olasıdır. Bu yüzden, nozul tasarımları dikkatlice yapılması gerekmektedir. Aynı zamanda, nozul çıkışında oluşan ses üstü akış rotor kanatları ile karşılaşacağı için rotor kanatlarının süpersonik akışı karşılaması için dikkatlice tasarlanması gereken diğer önemli bir husustur. ÖZET (devam ediyor) Bu tez kapsamında belirlenen çalışma koşulları tek kademeli eksenel akışlı kısmi üflemeli bir türbinin 1B hesaplamalarını ve optimum verim için tasarlanması gereken türbin boyutlarını ele almaktadır. 1B hesaplamalar neticesinde elde edilen veriler CFD analiz metodu ile deneysel veriler ile kıyaslanarak doğrulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 1B hesaplamaların hızlı ve güvenilir bir şekilde yapılması için arayüzü olan bir program kodu geliştirilmiştir. Konvansiyonel literatür kanat bilgileri parametrize edilmiş ve optimizasyon metodu olan Taguchi yöntemi ile optimum konvansiyonel parametreler belirlenmiştir. Türbin rotor kanat tasarımı için süpersonik tasarım (vorteks metot) ele alınmış ve limitasyonlar dahilinde süpersonik rotor kanat profilleri oluşturulmuştur. Süpersonik kanat profilleri güvenli çalışma aralık koşullarına göre değerlendirilerek CFD analiz ile türbin izantropik verimleri elde edilmiştir. Konvansiyonel kanat tasarım bilgileri bir optimizasyon metodu gerektirirken süpersonik kanat tasarım metodu direkt olarak uygun katılık değerini tasarımcıya sunarak türbin veriminde önemli iyileştirmelere neden olduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Single-stage axial flow turbines are frequently encountered to meet the power requirements of underground mining and underwater equipment. In such operating environments, high pressure ratio and low mass flow rate conditions are often encountered. The single-stage design of the turbine offers significant advantages in terms of the size of the turbine, but on the other hand, the supersonic flow inside the turbine is a disadvantage. In single-stage turbines, in order to meet the high-power demand, the pressure energy at the turbine inlet is subjected to full expansion at the nozzle/stator section. This leads to the formation of supersonic flows at the exit of the nozzle. Working under supersonic flow conditions, normal shock formation is quite possible due to possible back pressure effects. Therefore, the design of the nozzle must be done carefully. At the same time, since the supersonic flow at the exit of the nozzle will encounter the rotor blades, it is another important issue that the rotor blades must be carefully designed to meet the supersonic flow. ABSTRACT (continued) The operating conditions determined within the scope of this thesis deal with the 1D calculations of a single-stage axial flow partial admission turbine and the turbine dimensions that should be designed for optimum efficiency. The data obtained as a result of 1D calculations are compared with experimental data by CFD analysis method and verification studies are carried out. A program code with an interface has been developed to perform 1D calculations quickly and reliably. Conventional literature blade information has been parametrized and the optimum conventional parameters have been determined by the Taguchi method, which is an optimization method. Supersonic design (vortex method) has been considered for turbine rotor blade design and supersonic rotor blade profiles have been created according to the limitations. Supersonic blade profiles have been evaluated according to safe operating range conditions and turbine isentropic efficiency has been obtained by CFD analysis. While conventional blade design information requires an optimization method, it is observed that the supersonic blade design method directly provides the appropriate solidity value to the designer, resulting in significant improvements in turbine efficiency.
Benzer Tezler
- Eksenel kompresörlerde oluk genişliği ve en-boy oranının aerodinamik performansa etkisinin HAD ile analizi
CFD-based analysis of casing groove width and aspect ratio effects on axial compressor aerodynamic performance
KEREM ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Francis türbini yayıcısındaki girdap oluşumunun etkisini azaltma yöntemlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleriyle incelenmesi
Investigation of methods to mitigate the effect of vortex formation in the francis turbine draft tube with computational fluid dynamics analysis
KAĞAN ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Helikopter uygulamaları için doğrusal olmayan dinamik titreşim yutucusu tasarımı ve analizi
Design and analysis of a nonlinear dynamic vibration absorber for helicopter applications
ÖZKAN KARAYİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TATAR
- Küçük ölçekli Francis türbini tasarımı ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi
Small scale Francis turbine design and computational fluid dynamics analysis
HAKAN YONTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ YÜCEL
- Yüksek süratli bir tekne formunda interseptörlü ve stepli hallerde hidrodinamik performansın parametrik incelenmesi
A parametric investigation of hydrodynamic performance for a high speed hull in cases with interceptor and step
AHMET GÜLTEKİN AVCI
Doktora
Türkçe
2022
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BARLAS