مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تاثیر تعداد پره‌ها بر عملکرد یک توربین‌گاز محوری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قاین، ایران
چکیده
در مقاله حاضر به بررسی تاثیر تعداد پره‌های یک توربین گازی محوری دو طبقه بر عملکرد آن با استفاده از روش‌های عددی پرداخته شده است. توربین گازی مدل شرکت جنرال الکتریک انتخاب شده و مشخصات هندسی این مدل در مطالعه حاضر ایجاد و لحاظ شده است. برای این هدف ابتدا هندسه پره‌های توربین با ابعاد واقعی و فضای عبوری سیال، بین پره‌ها، به صورت مجزا ایجاد شده و سپس هندسه ایجاد شده شبکه‌بندی شده است. در نهایت پس از قراردادن پره‌های شبکه‌بندی شده در کنار هم و ایجاد مدل نهایی توربین در نرم‌افزار Ansys CFX، معادلات سه‌بعدی پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی در حوزه محاسباتی حل می‌شود. اثرات دیواره بر جریان آشفته با استفاده از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی محاسبه شده است. قبل از هر گونه تغییری در توربین اصلی ابتدا مطالعه عددی روی آن انجام شده و نتایج به‌دست‌آمده با نتایج تجربی که از نیروگاه داده شده مقایسه شد که تطابق خوبی را نشان می‌دهد. سپس به منظور بررسی تاثیر تعداد پره‌های توربین بر عملکرد آن در هر گام تعداد پره‌های یک ردیف از چهار ردیف پره‌های توربین مورد پژوهش تغییر داده شده و بررسی‌ها روی توربین تغییر یافته انجام می‌شود. در ادامه برای بررسی اثر تغییر ایجاد شده بر عملکرد توربین نتایج به‌دست‌آمده از حل مساله فوق با مدل اصلی مقایسه شده است. نتایج به‌دست‌آمده افزایش ۰/۸۳% توان تولیدی و افزایش ۰/۸۱% بازده توربین را برای افزایش تعداد پره‌های استاتور ردیف دوم از ۶۲ به ۷۱ پره نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Effect of Number of Blades on Performance of an Axial Gas Turbine

نویسندگان English

A. Akbarzadeh 1
M.H. Shafiei Mayam 2
1 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Sistan and Bluchestan, Zahedan, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Bozorgmehr University of Qaenat, Qaen, Iran
چکیده English

In the present work, the effects of blades number on the performance of two stages axial gas turbine have been investigated numerically. Geometry characteristics of the gas turbine have been chosen based on the F5 model of General Electric Company. First, the blades geometry and fluid passages are initially generated due to the real dimensions of the turbine and the generated geometry is networked. Then, the final model of the turbine is generated by gridding blades which set beside each other. Then, Ansys CFX software is used to solve the 3D Navier-Stokes equations in the generated computational domain. The shear stress transport turbulence model has been employed in order to determine the wall effects on the turbulent flow. Before any change in the main turbine, a numerical study was performed and a comparison was conducted between the numerical results and experimental results measured in the power station which the results show a good level of agreement between them. The number of blades of each row has been changed in order to investigate the effects of blade number on the turbine efficiency. The results show that the power generation of the turbine and its efficiency are increased by 0.83% and 0.81%, respectively by an increase in the number of second-row stator blades from 62 to 71 blades.


کلیدواژه‌ها English

Number of Blade
Axial turbine
Power generation
Turbine Efficiency
Principles of devices and operation of gas turbines combustion. National Oil Company of Southern Oilfield, Technical training center of Shahid Majdzade. Mechanical and Turbine training section. Technical Report. Unknown city: Unknown Publisher; 2006 Sep. Report no: Unknown. [Link]
Biswas D, Takamatsu T, Iwasaki H. Unsteady three-dimensional navier-stokes simulations of turbine rotor-stator interaction using multi-airfoil. 33rd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit; 2003 June 23-26; Orlando, Florida. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc; 2003. [Link] [DOI:10.2514/6.2003-3891]
Lastiwka D, Chang D, Tavoularis S. Effect of rotor blade scaling on gas turbine performance. 6th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena; 2009 June 22-24; Seoul, Korea. [Link]
Brost V, Ruprecht A, Maihöfer M. Rotor-stator interactions in an axial turbine a comparison of transient and steady state frozen rotor simulations. The Behaviour of Hydraulic Machinery under Steady Oscillatory Conditions, 11th International Meeting of the IAHR Work Group; 2003 Oct 8-10; University of Stuttgart, Stuttgart, Germany. [Link]
Bauer C. Instationäre Initial Calculation of a Hydraulic Axial Turbine, The effect of Interaction Between the Van and Impeller [Dissertation]. Stuttgart, Germany: University of Stuttgart; 2001. [German] [Link]
Aghaei Togh R, Mesgarpour Tousi A, Broomand M. Numerical and experimental evaluation of supersonic turbine flow and effect of geometrical change of blade edges on turbine performance. Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics. 2010;22(1):17-42. [Persian] [Link]
Aligoudarz MR, Karabi H, Soleimani Tehrani MR. Study and analysis of blade twist, lean and bow effects on the axial turbine performance. Modares Mechanical Engineering. 2012;12(4):9-20. [Persian] [Link]
Arabnia M, Sivashanmugam VK, Ghaly W. Optimization of an axial turbine rotor for high aerodynamic inlet blockage. Proceedings of ASME Turbo Expo: Turbine Technical Conference and Exposition; 2011 June 6-10; Vancouver, Canada. New York: ASME; 2011. [Link] [DOI:10.1115/GT2011-46757]
Arabnia M. Aerodynamic shape optimization of axial turbines in three dimensional flow [Dissertation]. Montreal, Canada: Concordia University; 2012. [Link]
Aghaeii Tog R, Ghaffari J, Mesgarpoor-Tousi A, Boroumand M. Numerical study of the effects of blade angles on the performance of centrifugal impellers. 2012;8(2):93-100. [Persian] [Link]
Lebele-Alawa BT. Axial-thrust responses due to a gas turbine's rotor blade distortions. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2010;83(5):991-994. [Link] [DOI:10.1007/s10891-010-0423-2]
Tarabide R, Shateri Najafabadi AR. Investigation the effect of entrance turbulence intensity and leaping on the leakage flow and heat transfer at blade tip region of gas turbine. Proceedings of the 8th Conference of Annual Iranian Aerospace Society; 2009 Feb 17; Malek Ashtar University, Isfahan, Iran. [Persian] [Link]
Javanian Joibari H, Shahhosseini MR, Ghadak F, Rad M. One dimensional modeling of a two stage axial gas turbine using flow equation and comparison to experimental data. Proceedings of the 10th Conference of Annual Iranian Aerospace Society; 2011 March 1-3; Tarbiat Modares University, Tehran, Iran. [Persian] [Link]
Wei N. Significance of loss models in aerothermodynamic simulation for axial turbines [Dissertation]. Stockholm, Sweden: Royal Institute of Technology; 2000. [Link]
De Figueiredo JCBS. Fast aerodynamic design of a one-stage axial gas turbine in order to produce a 3D geometry ready for optimization [Dissertation]. Lisboa, Portugal: Technique Lisboa; 2014. [Link]
Shafiei Mayam MH, Ghafoorian MM, AdineBeigi M. numericalinvestigation on the effect of number of blades on the performance of a turbocharger compressor. Journal of Mechanical Engineering (Tabriz). 2018;48(2):159-168. [Persian] [Link]
Nikoohemmat MM, Khazaee I, Mohseni A, Mohajeri SH. Effects of chord length, blade pitch angle on hydrokinetic turbine's power coefficient. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(6):51-58. [Persian] [Link]
Biswas D, Takamatsu T, Iwasaki H. Unsteady three-dimensional navier-stokes simulations of turbine rotor-stator interaction using multi-airfoil. 33rd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 23 June 2003 - 26 June, 2003 Orlando, Florida. Reston: AIAA; 2003. [Link] [DOI:10.2514/6.2003-3891]
Lastiwka D, Chang D, Tavoularis S. Effect of rotor blade scaling on gas turbine performance. Sixth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena, 22-24 June 2009, Seoul, Korea. Unknown City: Unknown Publisher; 2009. [Link]