مطالعه ی جریان در یک توربین فراصوت خاص و بررسی تاثیر تغییر هندسی لبه ی پره ها بر عملکرد توربین

در این مقاله، ابتدا به منظور شناخت کافی از الگوی جریان درون کانال ها و اطراف پره های ضربه ای یک توربین فراصوت، تحلیل عددی به صورت دوبعدی و سه بعدی صورت گرفته است. سپس در راستای بهینه سازی عملکرد توربین، تاثیر تیز کردن لبه ی پره ها در این توربین مطالعه شده است. با بررسی های اولیه، نویسندگان دریافتند که با اصلاح هندسی پره های این توربین، می توان عملکرد آن را بهبود بخشید. نتایج عددی و تجربی به دست آمده از این کار، نشان می دهد که تیز کردن لبه های حمله و فرار پره ها باعث اصلاح الگوی جریان و بهبود زمینه ی شوک های ایجاد شده در فضای بین خروجی نازل و ورودی روتور و فضای داخل کانال های پره ها می گردد. این توربین ها در سامانه ی توربوپمپ موتورهای ماهواره بر استفاده می شود. توربین های مورد استفاده در این سامانه ها بدون خنک کاری بوده و جریان عبوری از آن ها تراکم پذیر، فراصوت، با آشفتگی بالاو میدان جریان پیچیده می باشد. جریان های آشفته دارای میدان های نوسانی سرعت متفاوتی هستند. شبیه سازی مستقیم نوسانات کوچک با فرکانس بالا، در محاسبات عملی مهندسی بسیار پرهزینه می باشد. در کارهای عددی، مدل سازی صحیح و انتخاب مدل آشفتگی مناسب این جریان ها در رسیدن به جواب های دقیق در مدت زمان مناسب حائز اهمیت بوده و مورد توجه پژوهشگران می باشد. دو مدل آشفتگی پیشنهادی در نرم افزار FLUENT، یعنی مدل های و برای تحلیل عددی این گونه توربوماشین ها، مورد توجه قرار گرفته و با استفاده از این دو مدل، شبیه سازی عددی صورت گرفته است. هدف از به کارگیری دو مدل در این تحلیل، بررسی نتایج حاصله در جهت انتخاب مناسبترین مدل در تحلیل عددی این نوع توربین برای استفاده در کارهای آتی می باشد. اندازه گیری های دقیق از خواص متوسط و نوسانی از میدان سرعت، در لایه های مرزی با انجام یافته و نتایج محاسبات با نتایج موجود از آزمایش های عملکردی مورد مقایسه واقع شده است.