توربوماشین ها و پدیده ی توربولانس در دینامیک سیالات محاسباتی

توربوماشینها از مهم ترین تجهیزات در تبدیل انرژی سیال به انرژی مکانیکی و بالعکس به شمار می روند و نقش اساسی در صنایع نیروگاهی، هوافضا، نفت و گاز دارند. ابتدا طبقه بندی توربوماشین ها شامل ماشین های تراکمی مانند کمپرسورها و پمپ ها و انبساطی مانند توربین ها معرفی شده و سپس معادلات بنیادی حاکم بر جریان سیال شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. در ادامه اثر پارامترهای هندسی و دینامیکی نظیر زاویه پره، نسبت فشار و عدد رینولدز بر عملکرد آیرودینامیکی توربوماشین ها تحلیل گردیده است. نتایج نشان می دهد که بهینه سازی طراحی پره ها و در نظر گرفتن پدیده های غیر ایده آل مانند تلفات اصطکاکی و توربولانس می تواند به شکل قابل توجهی راندمان ماشین را افزایش دهد. هدف نهایی این تحقیق ارائه دیدی جامع از رفتار جریان در توربوماشین ها و بهبود عملکرد آن ها از طریق تحلیل دقیق جریان و انتخاب مدل های مناسب عددی می باشد. جریان سیال در طبقات انتهایی توربین بخار مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. هدف اصلی مقایسه رفتار جریان در شرایط تعادلی و غیر تعادلی و بررسی اثرات پدیده توربولانس بر عملکرد آیرودینامیکی پره ها می باشد. ابتدا هندسه و شرایط مرزی مربوط به طبقات انتهایی توربین مدل سازی شده و با استفاده از معادلات حاکم بر جریان تراکم پذیر (ناویر-استوکس) شبیه سازی عددی انجام شده است. برای تحلیل رژیم های مختلف، جریان مدل های مختلف توربولانسی به کار گرفته شده اند تا رفتار جریان در نواحی جدایش و چرخش ثانویه به دقت بررسی گردد. نتایج نشان می دهد که در روش های غیر تعادلی توزیع فشار و سرعت در ناحیه خروجی به واقعیت نزدیک تر بوده و میزان تلفات انرژی کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد که اثرات توربولانس در ناحیه های انتهایی توربین نقش تعیین کننده ای در راندمان کلی دستگاه دارد. در نهایت، مقایسه نتایج عددی با داده های تجربی صحت مدل سازی انجام شده را تایید می کند و اهمیت انتخاب مدل توربولانسی مناسب را در پیش بینی دقیق عملکرد توربین بخار نشان می دهد.

کلیدواژه ها:

توربوماشین ، تحلیل ، جریان ، توربولانس ، توربین بخار