شبیه سازی عددی اثر عیوب ناشی از عوامل محیطی بر عملکرد توربین گازی ناسا e3

توربین محوری یکی از مهم ترین اجزای توربین های گازی است که وظیفه ی آن، تولید توان می-باشد. توربین های گازی در نیروگاه های گازی و موتورهای هواپیما استفاده می شود. با توجه به این که جریان سیال خروجی از محفظه ی احتراق به شرایط عمل کردی محفظه ی احتراق و نوع محفظه ی احتراق بستگی دارد، در شرایط مختلف عمل کردی، جریان سیال ورودی به توربین تغییر خواهد کرد. به طور کلی عمل کرد توربوماشین ها با گذشت مدتی از زمان بهره برداری اولیه ی آن، دچار تغییرات می شود. توربین ها نیز ازاین قاعده مستثنی نمی باشند. در هنگام بهره برداری به علت عواملی مانند ورود گرد و غبار به داخل توربین، ناخالصی های داخل سوخت، واکنش شیمیایی با آلودگی های موجود در هوای ورودی یا سولفور موجود در سوخت، احتراق ناقص و تولید کربن نسوخته، سطح پره های توربین زبر می شود. بررسی کمی تاثیر این زبری بر عمل کرد توربین از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. از سوی دیگر با توجه به پیچیدگی جریان درون توربین برای شناخت میدان جریان و دما درون طبقه ی توربین و محاسبه ی اثر زبری نیاز به انجام تحلیل سه -بعدی می باشد. امروزه با توجه به پیشرفت های به دست آمده در محاسبه با روش های عددی و افزایش توان محاسباتی کامپیوترها می توان جریان درون توربو ماشین ها را به صورت کاملاً سه بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. در این پروژه، یک توربین محوری دو طبقه به نام ساخت شرکت جنرال الکتریک و موسسه-ی ناسا مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا توربین فوق توسط نرم افزارهای کتیا و بلید جنریشن مدل سازی شده و شبکه بندی هندسه ی ایجاد شده توسط نرم افزار توربو گرید انجام شده است. سپس با استفاده از نرم افزار انسیس_سی اف اکس ، حل عددی میدان جریان به طور کامل و بدون ساده سازی معادلات حاکم بر جریان صورت گرفته است. مبنای حل جریان در این نرم افزار، روش حجم محدود است. برای اعتبار بخشی تحلیل ها، نتایج به دست آمده از شبیه سازی، با نتایج تجربی مربوط به تست آزمایشگاهی توربین محوری دو طبقه ، مقایسه گردید. پس از اعتبار سنجی روش عددی به کار رفته، نقشه های توربین که بیان گر عمل کرد توربین هستند، در حالتی که در دمای بالا و با گازهای ناشی از محصولات احتراق کار کند، به دست آورده می شود. نتایج مربوطه شامل توزیع فشار، دما، چگالی، عدد ماخ، خطوط جریان و . . . در مقطع متوسط و یا در نواحی حساس آن، آورده شده است. نتایج توربین محوری نشان داد که فشار کل در روتورها به دلیل انتقال انرژی از سیال کاهش می یابد. سرعت جریان در طی عبور از پره های استاتور افزایش و طی عبور از پره های روتور کاهش یافته است. سپس به بررسی اثر زبری پرداخته و با اعمال زبری های واقعی بر پره های استاتور و روتور توربین، تاثیر آن ها بر نقشه های توربین بررسی می گردد. آن گاه به تغییر هندسه ی ناشی از رسوب-گرفتگی و خوردگی پرداخته می شود و تغییرات حاصله مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. سر انجام هدف نهایی اعمال همه ی عیوب بر توربین، صورت می گیرد.