PRORAČUN STRUJANJA I KARAKTERISTIKA AKSIJALNIH TURBOKOMPRESORA I VENTILATORA

Similar documents
Podešavanje za eduroam ios

NAUČ NI Č LANCI POREĐENJE SNAGE ZA JEDNU I DVE KONTRAROTIRAJUĆE HIDRO TURBINE U VENTURIJEVOJ CEVI DRUGI DEO

POREĐENJE SNAGE ZA JEDNU I DVE KONTRAROTIRAJUĆE HIDRO TURBINE U VENTURIJEVOJ CEVI (prvi deo)

SIMPLE PAST TENSE (prosto prošlo vreme) Građenje prostog prošlog vremena zavisi od toga da li je glagol koji ga gradi pravilan ili nepravilan.

Ulazne promenljive se nazivaju argumenti ili fiktivni parametri. Potprogram se poziva u okviru programa, kada se pri pozivu navode stvarni parametri.

AMRES eduroam update, CAT alat za kreiranje instalera za korisničke uređaje. Marko Eremija Sastanak administratora, Beograd,

IZDAVANJE SERTIFIKATA NA WINDOWS 10 PLATFORMI

KAPACITET USB GB. Laserska gravura. po jednoj strani. Digitalna štampa, pun kolor, po jednoj strani USB GB 8 GB 16 GB.

Biznis scenario: sekcije pk * id_sekcije * naziv. projekti pk * id_projekta * naziv ꓳ profesor fk * id_sekcije

GUI Layout Manager-i. Bojan Tomić Branislav Vidojević

Bušilice nove generacije. ImpactDrill

Uvod u relacione baze podataka

Priprema podataka. NIKOLA MILIKIĆ URL:

Eduroam O Eduroam servisu edu roam Uputstvo za podešavanje Eduroam konekcije NAPOMENA: Microsoft Windows XP Change advanced settings

DEFINISANJE TURISTIČKE TRAŽNJE

CJENOVNIK KABLOVSKA TV DIGITALNA TV INTERNET USLUGE

Idejno rješenje: Dubrovnik Vizualni identitet kandidature Dubrovnika za Europsku prijestolnicu kulture 2020.

PROJEKTNI PRORAČUN 1

CJENIK APLIKACIJE CERAMIC PRO PROIZVODA STAKLO PLASTIKA AUTO LAK KOŽA I TEKSTIL ALU FELGE SVJETLA

BENCHMARKING HOSTELA

TEHNO SISTEM d.o.o. PRODUCT CATALOGUE KATALOG PROIZVODA TOPLOSKUPLJAJUĆI KABLOVSKI PRIBOR HEAT-SHRINKABLE CABLE ACCESSORIES

STRUČNA PRAKSA B-PRO TEMA 13

Klasterizacija. NIKOLA MILIKIĆ URL:

Otpremanje video snimka na YouTube

TRENING I RAZVOJ VEŽBE 4 JELENA ANĐELKOVIĆ LABROVIĆ

TRAJANJE AKCIJE ILI PRETHODNOG ISTEKA ZALIHA ZELENI ALAT

ENR 1.4 OPIS I KLASIFIKACIJA VAZDUŠNOG PROSTORA U KOME SE PRUŽAJU ATS USLUGE ENR 1.4 ATS AIRSPACE CLASSIFICATION AND DESCRIPTION

Port Community System

SAS On Demand. Video: Upute za registraciju:

Mogudnosti za prilagođavanje

POSEBNA POGLAVLJA INDUSTRIJSKOG TRANSPORTA I SKLADIŠNIH SISTEMA

1.7 Predstavljanje negativnih brojeva u binarnom sistemu

Dr Dejan Bogićević, dipl. inž. saob., VTŠSS Niš Dušan Radosavljević, dipl. inž. saob., VTŠSS Niš; Nebojša Čergić, dipl. inž. saob.

Tutorijal za Štefice za upload slika na forum.

Nejednakosti s faktorijelima

Upute za korištenje makronaredbi gml2dwg i gml2dgn

EKSPERIMENTALNO ISPITIVANJE ROLERONA U AEROTUNELU T-38

NUMERIČKA SIMULACIJA OPSTRUJAVANJA VAZDUHA OKO REDOVA SUNČANIH KOLEKTORA NUMERICAL SIMULATION OF THE AIR FLOW AROUND THE ARRAYS OF SOLAR COLLECTORS

UNIVERZITET U BEOGRADU RUDARSKO GEOLOŠKI FAKULTET DEPARTMAN ZA HIDROGEOLOGIJU ZBORNIK RADOVA. ZLATIBOR maj godine

Time Benefits of Free-Flight for a Commercial Aircraft

=17.493, 00 =32.744, , 00. Vrednost potrošno za popust 37%

PROJEKTOVANJE RAČUNAROM MAŠINSKIH SISTEMA UZIMAJUĆI U OBZIR TRENJE

ECONOMIC EVALUATION OF TOBACCO VARIETIES OF TOBACCO TYPE PRILEP EKONOMSKO OCJENIVANJE SORTE DUHANA TIPA PRILEP

ANALIZA PRIMJENE KOGENERACIJE SA ORGANSKIM RANKINOVIM CIKLUSOM NA BIOMASU U BOLNICAMA

47. Međunarodni Kongres KGH

NUMERIČKO REŠAVANJE TRANSPORTNE JEDNAČINE SA PRIMENOM NA PODZEMNE VODE

It is desirable to further increase the efficiency of turbomachines. As an example of the impact this can

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE DIPLOMSKI RAD. Bojan Vidović. Zagreb, 2015.

AERODYNAMIC DESIGN OF THREE-DIMENSIONAL BIPLANE WINGS FOR LOW WAVE-DRAG SUPERSONIC FLIGHT

Tema 2: Uvod u sisteme za podršku odlučivanju (VEŽBE)

DC MILIAMPERSKA MERNA KLJESTA,Procesna merna kljesta KEW KYORITSU ELECTRICAL INSTRUMENTS WORKS, LTD. All rights reserved.

4. Serrated Trailing Edge Blade Designs and Tunnel Configuration

Primena karakteristika jednakog kvaliteta kašnjenjeeho-gubitak paketa u projektovanju Internetskih govornih veza

Struktura indeksa: B-stablo. ls/swd/btree/btree.html

- Italy. UNIVERZALNA STANICA ZA ZAVARIVANJE, SPOTER - sa pneumatskim pištoljem sa kontrolnom jedinicom TE95-10 KVA - šifra 3450

P. Hendrick*, K. Bourdiaudhy** & J-F. Herbiet** *Université Libre de Bruxelles (ULB), **Royal Military School of Belgium

MINISTRY OF THE SEA, TRANSPORT AND INFRASTRUCTURE

NUMERIČKI PRORAČUN STRUJANJA U CENTRIFUGALNOJ PUMPI

OPostoje velike razlike između projektovanja podzemnih

IZBOR NAJPOVOLJNIJEG REŠENJA SANACIJE REAKTORA DC-303 OPTIMAL REPAIRMENT SOLUTION FOR REACTOR DC-303

Upotreba selektora. June 04

1. MODEL (Ulaz / Zadržavanje / Stanje)

RANI BOOKING TURSKA LJETO 2017

СТРУКТУРА СТАНДАРДА СИСТЕМАМЕНАЏМЕНТАКВАЛИТЕТОМ

TEHNOLOGIJA, INFORMATIKA I OBRAZOVANJE ZA DRUŠTVO UČENJA I ZNANJA 6. Međunarodni Simpozijum, Tehnički fakultet Čačak, 3 5. jun 2011.

PERSONAL INFORMATION. Name: Fields of interest: Teaching courses:

I. The legacy of the Ancient Greeks

ZAVRŠNI RAD Hrvoje Dorotić

FLIGHT SAFETY Technology and the Human Factor. A pilot s perspective by Prof. dr ir J.A. Mulder Delft University of Technology

Journal of Aeronautics & Aerospace

KONFIGURACIJA MODEMA. ZyXEL Prestige 660RU

TEHNIĈKO VELEUĈILIŠTE U ZAGREBU ELEKTROTEHNIĈKI ODJEL Prof.dr.sc.KREŠIMIR MEŠTROVIĆ POUZDANOST VISOKONAPONSKIH PREKIDAĈA

1. Instalacija programske podrške

INSTALIRANJE SOFTVERSKOG SISTEMA SURVEY

IZRADA TEHNIČKE DOKUMENTACIJE

PROFOMETER 5+ lokator armature

Power System Stabilizer(PSS) Design Using ANFIS Algorithm and Comparing the Results with conventional and fuzzy PSS

REGULACIJA PLAMENA U LOŽIŠTU ENERGETSKOG KOTLA PRIMENOM NUMERIČKE SIMULACIJE

3D GRAFIKA I ANIMACIJA

Automatske Maske za zavarivanje. Stella, black carbon. chain and skull. clown. blue carbon

1. Osnovne analize i konstrukcije ventilatora 1.1 Uvod Podjela i princip rada ventilatora

MOGUĆNOST DOBIJANJA ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ ENERGIJE PRITISKA VISOKOPEĆNOG GASA U ŽELEZARI SMEDEREVO (USS)

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE ZAVRŠNI RAD. Ivan Krcatović. Zagreb, 2013.

Thirteenth International Water Technology Conference, IWTC , Hurghada, Egypt 1249

Modelling Transport Demands in Maritime Passenger Traffic Modeliranje potražnje prijevoza u putničkom pomorskom prometu

OBJEKTNO ORIJENTISANO PROGRAMIRANJE

Effect of Support Conditions on Static Behavior of 1400m main span and 700m side span Cable-stayed Bridge

Fuel consumption modeling in support of ATM environmental decision-making

WELLNESS & SPA YOUR SERENITY IS OUR PRIORITY. VAŠ MIR JE NAŠ PRIORITET!

SO1 17 STANJE METAL OKSIDNIH ODVODNIKA PRENAPONA NA TEMELJU MJERENJA TEMPERATURE

WWF. Jahorina

Donosnost zavarovanj v omejeni izdaji

H Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA)

Chapter 1. Draw Standard Departure Procedure

U OSIJEKU Osijek, godine Ivica Zgrebec

Airspace Complexity Measurement: An Air Traffic Control Simulation Analysis

(12) Patent Application Publication (10) Pub. No.: US 2013/ A1

Parametri koji definišu optimalnu proizvodnju naftnih bušotina pri primeni mehaničke metode eksploatacije

STATISTIČKA ANALIZA TERMOVIZIJSKE I TELEVIZIJSKE SLIKE I PRAG DETEKCIJE POKRETA NA SCENI

A Study on Berth Maneuvering Using Ship Handling Simulator

Transcription:

PRORAČUN STRUJANJA I KARAKTERISTIKA AKSIJALNIH TURBOKOMPRESORA I VENTILATORA Milan B. Banjac, Miloš M. Despić, Milan V. Petrović Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet Abstract: This paper describes the development of a new through flow method for the analysis of axial multistage compressors. The method is based on a stream function approach and a finite element solution procedure. It includes a high-fidelity loss and deviation model with improved correlations and endwall boundary layer calculation. A radial distribution model of losses and a new spanwise mixing model are applied to simulate 3D flow effects. The calibration of the models is made by calculation a number of test cases with different configurations with the aim of achieving high accuracy and optimum robustness for each of the test cases considered.. UVOD Radne karakteristike aksijalnih turbokompresora i ventilatora pri zadatim uslovima rada ili pri varijaciji različitih parametara, mogu se oderediti eksperimentalno ili numeričkim proračunom strujanja u mašini nekim od komercijalnih CFD paketa. Za većinu problema, međutim, kompletan 3D proračun strujanja iziskuje preveliku potrošnju vremena za modeliranje, za sam proračun i analizu rezultata kao i za analizu pouzdanosti rezultata usled potencijalno nedovoljno kvalitetne proračunske mreže i neegzaktnosti modela turbulencije. Za proračune turbomašina intenzivno se koriste D Through Flow kodovi. Ovakvi programi su od CFD paketa opšte namene drastično manje zahtevni po pitanju unosa podataka, procesorskog vremena i analize rezultata proračuna. Robustnost i pouzdanost je takođe velika prednost ovakvih kodova. Proračun se zasniva na integraciju dvodimenzijskog strujnog polja u meridijanskoj ravni protočnog dela turbomašine. Ovde će biti prikazan razvoj novog programskog sistema koji se može univerzalno primeniti kod aksijalnih turbokompresora i ventilatora najrazličitih kofiguracija i karakteristika u pogledu brzine strujanja i stepena kompresije. Validacija razvijenih modela je obavljena poredjenjem numeričkih rezultata sa rezultatima eksperimentalnih ispitivanja za tri aksijalna kompresora.. GENERALNI PRISTUP Metod se zasniva na generalnoj teoruji Vua (Wu) [], Smita (Smith) [], Bosmana (Bosman) i Marša (Marsh) [3]. Hirš (Hirsch) i Varzi (Warzee) [4] su kao i Denton (Denton) [5] kasnije unapredili prvobitni teorijski model. Osnovna ideja je razdvajanje trodimenzionalnog strujnog polja na dva, uslovno rečeno, odvojena D procesa: strujanje na strujnim površima koje prolaze između susedhih lopatica i graniče se na korenu i vrhu stupnja (površine S) i strujanje na površima ograničenim donjakom i gornjakom susednih lopatica (površina S). Umesto da posmatramo jednu površ iz familije S, posmatraćemo meridijansku ravan mašine sa veličinama stanja i brzinama osrednjenim za sve S površi. Dakle, strujanje u ovakvoj meridijanskoj ravni je reprezentacija prostornog strujnog polja kada strujne veličine osrednjimo, po odgovarajućem obimu, za svaku tačku meridijanskog domena. Rešavanje strujanja u ovakvom meridijanskom domenu, centralni je deo problema. Strujanje na površini S govori o tome koliko i sa kolikim gubicima lopatični aparat skreće fluid po obimnom pravcu. Umesto da numerički rešavamo i strujanje na površini S, skretanje i gubitke u rešeci izračunavamo algebarskim modelima iz klasične teorije stupnja. Prikaz površi S i S je dan na slici.

S S Slika - Prikaz površi S i S u lopatičnom kanalu aksijalne turbomašine Metod se dakle, sastoji u rešavanju D problema za osnosimetrično strujanje u domenu meridijanskog preseka protočnog dela mašine, spregnuto sa postupcima za izračunavanje uglova struje fluida u odnosu na samu meridijansku ravan. U delovima protočnog preseka gde nema lopatica, za ovo koristimo jednačinu održanje momenta količine kretanja. Kod radnih ili statorskih kola, poznavajući parametre struje na ulazu u lopatični aparat (ugao nastrujavnja, Mahov broj itd.) i geometriju rešetke, klasičnim algebarskim modelima izračunavamo gubitke i ugao struje na izlazu iz kola. Ovo se radi za sve čvorove proračunske mreže po visini lopatica. Za čvorove između ulazne i izlazne ivice kola, zatim se interpolacijom dodele vrednosti strujnog ugla. Isto se radi i za vrednosti entropije kojе se dobiju preko koeficijenta gubitaka u rešeci koji se računa odvojeno za sve radijalne pozicije. Tačnost celog postupka u najvećoj meri zavisi od korišćenih algebarskih ( teoretskih ili empirijskih) modela skretljivosti i gubitaka za rešetke aksijalnih turbomašina. Još neki efekti koji ne mogu direktno biti obuhvaćeni D opisom, moraju biti posebno modelirani: radijalno mešanje i ponašanje graničnih slojevi na kućištu i vratilu. 3 ANALITIČKA I NUMERIČKA POZADINA METODE Metod primenjen u radu razvijen je na bazi klasične teorije, koristeći analize Hirša (Hirsch) i Dekonika (Deconinck) [6], Petrovića [7] kao i Petrovića i Risa (Riess) [8,9], sa određenim izmenama i unapređenjima. Strujni proces je stacionaran, adijabatski, i osnosimetričan, čime dobijamo D jednačine. Proračun se sprovodi u domenu na meridijanskoj ravni, koji je ograničen konturama vratila i kućišta i projekcijama ulazne i izlazne ravni. Zapreminske sile se uvode kako bi se zamenio uticaj lopatičnih aparata. Zamišljene, zapreminski raspoređene sile usled rada trenja uvode se da bi se modelirao efekat gubitaka u radnim i statorskim kolima turbomašine. Rezultujuća jednačina promene količine kretanja ima formu: ψ ψ π ψ ψ + = q r z m r r ρrb z z ρrb ( ρrb) gde je gde je ψ strujna funkcija. Član q je funkcija lokalnih gradijenta pritiska i brzine i može se izraziti preko različitih veličina stanja i komponenata brzine. Veličina b je faktor blokade za lokalni radijus i predstavlja udeo obima mašine koji nije blokiran za strujanje debljinom lopatica. Veličina ρ je gustina, i nezavisno promenljive veličine su r - radijus i z - aksijalna koordinata. Strujna funkcija je definisana kao: ψ π = ρrb wz, ψ = π ρrb wr r m z m gde je m ukupan maseni protok kroz mašinu. Veličine w z i w r su aksijalna i radijalna komponenta relativne brzine w u obrtnom referentnom sistemu. Uvedeni maseni protok u imeniocu dovodi do () ()

lakšeg korišćenja strujne funkcije. Granični uslovi za strujanje u mašini su da je pri korenu kanala ψ = dok je na granici sa kućištem ψ =. Jednačina promene količine kretanja () rešava se u kombinaciji sa jednačinom kontinuiteta, uslovima održanja energije (u koje spada i model radijalnog mešanja) i jednačinom stanja idealnog gasa. Diskretizacija domena radi se fiksnom mrežom kvadrilateralnih, izoparametarskih konačnih elemenata. Interpolacija unutar elemenata je bikvadratnim polinomima. Jednačine za konačne elemente se formiraju Galerkinovom metodom i dobijeni sistem algebarskih jednačina rešava se frontalnom procedurom. Primer mreže konačnih elemenata za meridijanski presek trostupnog aksijalnog kompresora dat je na slici. Slika - Mreža konačnih elemenata za trostupni kompresor 4. MODELI ZA GUBITKE I SKRETLJIVOST Tokom razvoja programa testiran je veliki broj korelacija za izračunavanje gubitaka i devijacije (skretljivosti rešetke). Konačan model za proračun ovih veličina se odnosi na NACA65 i DCA aeroprofile. Ovi aeroprofili su najčešće korišćeni kod aksijalnih turbokompresora. Razlikuju se po raspodeli debljine kao i po obliku srednje linije profila. Skica rešetke kompresora je data na slici 4. β i s c φ γ δ Slika 3 - Skica rešetke aksijalnog kompresora β 4. Referentni napadni ugao Referentni napadni ugao (napadni ugao pri kome se javlja najmanji gubitak totalnog pritiska) pri nekompresibilnom strujanju i* računa se prema poznatoj Liblajnovoj (Lieblein) korelaciji datoj u []: i* = K i + n ϕ (3) gde je i referentni napadni ugao za prav NACA65 aeroprofil relativne debljine % i zavisi od ugla postavljanja profila γ i relativnog koraka rešetke s. Koeficijent K je popravka za relativnu

debljinu aeroprofila ukoliko se ima vrednost različitu od % ili je u pitanju drugi tip aeroprofila sa drugačijom raspodelom debljine u blizini napadne ivice. Za zakrivljene profile, referentni napadni ugao zavisi i od ugla krivine kanala, a koeficijent n zavisi od ugla postavljanja γ i koraka s. Ma= Ma= Deviation δ δ* Ma=. Loss ω ω* Ma=. i* Incidence i Slika 4 - Promena devijacije u zavisnosti od napadnog ugla i Mahovog broja i* Incidence i Slika 5 - Gubici u zavisnosti od napadnog ugla i Mahovog broja 4. Devijacija Referentna devijacija je ona koja se dobija nastrujavanjem profila pod refrentnim napadnim uglom i* pri nekompresibilnom strujanju. Izračunava se Liblajnovim (Lieblein) izrazom [] i za NACA i za DCA profile: δ* = K δ + m ϕ (4) Koeficijent K zavisi od tipa profila, a član m od oblika skeletnice, koraka s i ugla postavljanja γ. Za promenljive režime, kada se napadni ugao i razlikuje od referentnog napadnog ugla i*, primenjen je novi model. Razvijen je na bazi numeričkih proračunima Pfitcingera (Pfitzinger) [] za rešetke sa različitim geometrijama i oblika je: δ δ* = f(i i*, γ, ϕ,ma) (5) gde je γ ugao postavljanja profila, ugla krivine kanala, a Ma Mahovog broj. Šematski prikaz zavisnosti devijacije od napadnog ugla i Mahovog broja dat je na slici 4. Devijacija se na kraju koriguje za uticaj odnosa strujnih gustina iza i ispred kola (ρ w )/(ρ w ). 4.3 Profilni gubici - Koeficijent pada totalnog pritiska Koeficijent gubitaka u kolu ω je odnos pada totalnog pritiska i dinamičkog pritiska na ulazu u kolo. Za referentne uslove računa se prema Liblajnu (Lieblein) []. Njegov model se zasniva na proračunu gubitka u graničnom sloju na gornjaci aeroprofila u zavisnosti od stope usporenja slobodne struje sloj duž leđne površine profila. Usporenje je definisano odnosom brzina (w max /w ) i ovaj odnos se naziva ekvivalentnim difuzionim faktorom. Veličina w max je najveća vrednost brzine koja se javlja na gornjaci aeroprofila nešto iza napadne ivice, dok je brzina w brzina struje na izlazu iz rešetke. Za gubitke na promenljivim režimima razvijen je novi model analogan modelu devijacije (5): ω ω* = f ( i i*, γ, ϕ, Ma) (6) Ova vrednost se zatim koriguje za uticaj Rejnoldsovog broja Re. Šematski prikaz gubitaka u zavisnosti od napadnog ugla i Mahovog broja, dat je na slici 5.

4.4 Gubici usled procepa i sekundarnih strujanja Za sekundarne gubitke se koristi model Griba (Grieb) i drugih [3]. Gubici usled procepa i dodatna devijacija usled sekundarnih strujanja, računaju se prema Lakšminarajani (Lakshminarayana) [4]. Raspodela sekundarnih gubitaka po visini lopatica je modelirana na sličan način kao što su opisali Roberts i drugi [5]. Primer raspodele gubitaka i devijacije usled procepa i sekundarnih strujanja prikazan je na slici 6. Relativna visina [-]. Relativna visina [-]..4.8. Koef. gubitaka[-] profilni ukupni 5 5 Devijacija [deg] profilni ukupni Slika 6 - Raspodela gubitaka i devijacije po visini lopatica 5. RADIJALNO MEŠANJE Usled sekundarnog strujanja i turbulentnog transporta mase, u prostornoj struji fluida dolazi do intenzivne razmene energije duž radijalnog pravca. U kanalima izmedju lopatica se formiraju sekundarni vrtlozi stvarajući sekundarne gubitake. Proces dovodi do neravnomerne radijalne raspodele gubitaka i profila entropije iza samog kola. Ostaci tih vrtloga i proizvedena turbulencija, kasnije, iza kola, dovode do mešanja fluidnih struja po visini stupnja. Nizvodno od izlazne ivice lopatica dolazi do sve veće homogenizacije veličina strujnog polja. Za stacionarni D model se ovi mehanizmi moraju modelirati dodatnim matematičkim modelom i u tu svrhu je korišćena metoda Petrovića i Risa (Riess) [9] Mešanje se simulira u praznim delovima kanala između susedhih kola. Nizvodno od meridijanske konture izlazne ivice lopatica dolazi do ujednačavanja profila entropije, entalpije i momenta količine kretanja obimne komponente brzine, što se vidi na primeru iz slike 7. Slika 7 - Raspodela entropije u meridijanskoj ravni

6. GRANIČNI SLOJEVI NA KUĆIŠTU I VRATILU Ovi granični slojevi svojom debljinom istiskivanja smanjuju presek mašine slobodan za glavnu, središnju struju. Njihov uticaj se prilikom rešavanja jednačine količine kretanja () uzima u obzir kroz dodatni faktor blokade i dodatnim porastom entropije zbog rada sila trenja u samim slojevima. U programu se ovi slojevi rešavaju integralnom metodom koju je dao Jansen (Jansen) [6]. Svaki granični sloj se ponaosob rešava jednostrukim integralom duž linije granice meridijanskog kanala. Podintegralna funkcija zavisi od lokalne brzine slobodne struje i njenih termodinamičkih parametara. Integral se iznova računa posle svake glavne iteracije za rešavanja jednačine (). Ilustracija porasta debljine graničnih slojeva i rezultujuće blokade je data na slici 8..3 Blokada [-].. 5 5 5 3 35 4 45 Aksijalna koordinata [mm] Slika 8 - Porast debljine graničnih slojeva (gore) i rezultujuće blokade (dole) 7. GRANICE STABILNOG RADA Za predviđanje granice pumpanja, korišćen je De Halerov (de Haller) kriterijum. Ako odnos relatinih brzina iza i ispred kola (w/w) padne ispod vrednosti od 9, uzima se da kolo radi sa otcepljenjem. Ako odredjeni postotak radnih i statorskih kola u mašini radi pod ovakvim uslovima, program signalizira da je režim rada nestabilan. 8. EKSPERIMENTALNA POTVRDA RAZVIJENOG METODA Validacija koda je rađena poređenjem rezultata proračuna sa eksperimentalnim podacima na većem broju kompresora. Ovde ćemo prikazati tri primera. 8. Dvostupni slaboopterećeni kompresor Prvi primer je dvostupni kompresor sa Univerziteta u Hanoveru - Nemačka pod nazivom UH-. Nominalni stepen kompresije je mali i iznosi.8 pri masenom protoku od 6.5kg/s. Nominalna brzina je 3 obrtaja u minuti. Prečnik u vrhu ovog, praktično, dvostupnog ventilatora je 76 mm. Sva kola, uključujući i pretkolo, imaju NACA65 profile. Eksperimentalni rezultati su uzeti iz [], a poređenje proračuna sa eksperimentima je dato na slici 9. 8. Trostupni visokoopterećeni kompresor Drugi primer je aksijalni trostupni kompresor sa Univerziteta u Havnoveru naziva UH-3 koji ima nominalnu brzinu od 7 obrtaja u minuti. Prečnik u vrhu je isti za sve stupnjeve i iznosi 34 mm. Sa nominalnim masenim protokom od kg/s, kompresor ostvaruje stepen kompresije.. Sva kola imaju lopatice sa NACA65 aeroprofilima. Eksperimentalni podaci su uzeti iz [7] i [], a poređenje sa rezultatima proračuna je dato na slikama i. 8.3 Četvorostupni transonični kompresor Poslednji primer je četvorostupni aksijalni kompresor firme BBC/Sulzer sa transoničnim prvim stupnjem. Geometrija i karakteristike kompresora su date u [8]. Projektovana brzina kompresora je

5 obrtaja u minuti, a nominalni stepen kompresije je 3.6. Sva kola su sa DCA aeroprofilima osim pretkola prvog stupnja. Rezultati proračuna su sa izmerenim podacima upoređeni na slici. IGV R S R S IGV R S R S R3 S3 PI tot [-] ETA-tot..8.6.4. 6 8 4 6 8 4.9.7.5 6 Experiment 7 8 9 N= % 6 8 4 6 8 4 Slika 9 - Radna karakteristika UH- kompresora PI tot [-] ETA-tot[-].4..8.6.4. 7 8 9 3.9.7 8 Experiment 9 Experiment N=% 7 8 9 3 Slika-Radna karrakteristikauh3 kompresora Relative span [-] Relative span [-] Relative span [-] Relative span [-]. IGV S S S4 calc. exp. 3 3 34 36 38 Total temperature T o [K] IGV S S S4. calc. exp...4.6.8..4 Total pressure p o [bar].. IGV R S R S R3 S3 8 9 3 3 3 33 34 35 36 Temperature T[K] calc. exp. IGV R S R S R3 S3..4.6.8 Pressure p[bar] Slika - Poređenje izmerenih i izračunatih profila pritiska i temperature u ravnima iza svakog kola kod UH3 kompresora PI tot[-] ETA-tot [-] 4 3.5 3.5.5 Experiment 68.5 N=%.5 5 7.5.5 5 7.5 3.9 5 Experiment.75.7 5.55.5 5 7.5.5 5 7.5 3 Slika - Performanse BBC/Sulzer četvorostupnog aksijalnog turbokompresora 9

9. ZAKLJUČAK Razvijen je novi metod i računarski program za dvodimenzijski proračun strujanja u aksijalnim kompresorima i ventilatorima. Programaski sistem je testiran poređenjem numeričkih rezultata sa eksperimentalnim podacima za veći broj kompresora i ventilatora. Od toga su u ovom radu prikazana tri primera. Rezultati proračuna daju dobro slaganje sa eksperimentalnim podacima, kako za nominalne, tako i za promenljive režime rada pri različitim protocima i brojevima obrtaja. Vreme potrebno za rad programa zavisi od broja stupnjeva, finoće mreže, režima proračuna i same snage računara. Za proračun karakteristika petostupnog kompresora, korišćena je mreža sa 4 elemenata (5 u radijalnom pravcu). Za jednu krivu za konstantni broj obrtaja (8 proračunatih režima) potrebna su oko minuta rada računara sa Intel Core Duo procesorom radnog takta od GHz i sa GB radne memorije. Ovo je neuporedivo kraće u odnosu na vreme potrebno za neki od CFD paketa kod kojih se i na neuporedivo jačim računarima, vreme proračuna meri u časovima ili desetinama časova. Uzimajući u obzir tačnost rezultata, robusnost modela i kratko vreme potrebno za proračun, može se reći da je cilj razvoja ovakvog koda ispunjen. OZNAČAVANJE b - faktor blokade δ - devijacija ugla struje na izlazu iz rešetke c - tetiva skeletnice profila ρ - gustina i - napadni ugao - ugao krivine kanala rešetke Ma - Mahov broj ψ - strujna funkcija ṁ - maseni protok ω - koeficijent pada totalnog pritiska p - pritisak Indeksi r - radijalna koordinata - ulaz u kolo s - korak rešetke - izlaz iz kola T - temperatura m - meridijanska komponenta w - relativna brzina r - radialna komponenta z - aksijalna koordinata z - aksijalna komponenta β - relativni strujni ugao Dodatne oznake γ - ugao postavljanja * - Referentna tačka - za minimalne gubitke pri nekompresibilnom strujanju REFERENCE [] Wu, C. H., A General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic und Supersonic Turbomachines of Axial-, Radial- and Mixed-flow Types, NACA TN 64, 95. [] Smith, L.H., The Radial-Equilibrium Equation of Turbomachnery, Trans. of the ASME, J. of Eng. for Power, Vol. 88 (966), pp. -. [3] Bosman, C. and Marsh, H., An Improved Method for the Flow in Turbo-Machines, including a Consistent Loss Model, J. Mech. Eng. Sci., Vol. 6, No. (974), pp. 5-3 [4] Hirsch, Ch., Warzee, G., A Finite Element Method for Through-Flow s in Turbomachines, ASME Paper No. 76-FE-, 976. [5] Denton, J.D., Throughflow for Axial Flow Turbines, Trans. of the ASME, J. of Eng. for Power, Vol. (978), pp. -8 [6] Hirsch, Ch. and Deconinck, H., Through Flow Models for Turbomachines: "Stream Surface and Passage Averaged Representations, in: Thermodynamics and Fluid Mechanics of Turbomachinery, Vol. I, ed. by Ucer, AS., Stow, P., Hirsch, Ch., Martin Nijhoff Publishers,985, Dordrecht. [7] Petrovic, M. V., Berechnung der Meridian Stroemung in mehrstufigen Axialturbinen bei Nenn- und Teillastbetrieb, Fortschritt-Berichte VDI. Reiche 7: Stroemungstechinik, No. 8, VDI-Verlag, Düsseldorf, 995. [8] Petrovic. M. V. and Riess, W., Off-Design Flow Analysis of LP Steam Turbines, Proceedings of Institute of Mechanical Engineers, Part A, Vol (997a), pp. 5-3.

[9] Petrovic, M. V. and Riess, W., 997b, Off-Design Flaw Analysis and Performance Prediction of Axial Turbines, ASME Turbo Expo, Orlando, Florida, USA, June -5, 997, Paper No. 9-GT-55. [] Lieblein, S., Experimental Flow in Two-Dimensional Cascades in: Aerodynamic Design of Axial-Flow Compressors, by Johnsen, I. A. and Bullock, R. O., NASA SP-36, 965, pp. 83-5. [] Pfitzinger. W. E., Kennfeldberechnung für Axialverdichter mit systematischer Untersuchung der Verlust und Umlenkeigenschaften von Schaufelgittern, Fortschritt-Berichte VDI Reihe 7 Nr. 337, VDI-Verlag, Düsseldorf, 998. [] Lieblein, S., Loss and Stall Analysis of Compressor Cascades, ASME Journal of Basic Engineering, 8 (959), pp. 387-4. [3] Grieb, H., Schill, G., Gumucio, R., A Semiempirical Method for the Determination of Multistage Axial Compressor Efficiency, ASME Paper, 975, No. 75-GT- [4] Lakshminarayana, B., Methods of Predicting the Tip Clearance Effects in Axial Flow Turbomachines, ASME Journal of Basic Engineering, 9 (97), pp. 467 48. [5] Roberts, W. B., Serovy, G. K., Sandercock, D. M., Modeling the 3-D Flow Effects on Deviation Angle for Axial Compressor Middle Stages, ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 8 (986), pp. 3-37. [6] Jansen, W., The Application of End-Wall Boundary Layer Effects in the Performance Analysis of Axial Compressors, 976, ASME 67-WA/GT-. [7] Mattiske, B., Experimentelle Untersuchung einer mehrstufigen Axialverdichterbeschufelung mit Randzonen- Korrektur, Fortschritt-Berichte, VDI Reihe 7, Nr. 5, VDI-Verlag, Düsseldorf, 994. [8] Hirsch, Ch., Denton, J. D., 98, Through Flow s in Axial Turbomachines, AGARD-AR-75, pp. 9-55.