مقاله ترجمه شده بهینه سازی محوری روتور توربین

توضیحات

 عنوان فارسی: بهینه سازی محوری روتور توربین در انسداد آیرودینامیک ورودی

عنوان انگلیسی مقاله:

OPTIMIZATION OF AN AXIAL TURBINE ROTOR FOR HIGH AERODYNAMIC INLET BLOCKAGE

مقدمه

بهینه سازی‌ایرو-سازه‌ای (Aero-structural Optimization) توربوماشین‌ها اهمیت ویژه‌ای در صنعت هوافضا دارد. دلیل‌این امر‌این است که بهبود کوچکی در کارایی می‎‌تواند منجر به صرفه جویی زیادی هزینه‌های کارکرد و تولید قطعات شود.‌یک روش خودکار‌ایرو-سازه‌ای، با تلفیق  (کوپل) کردن ابزارهای شبیه‌سازی‌های مکانیک سیالات محاسباتی (CFD)  و طراحی سازه‌ای کامپیوتری (CSD) و با بهره‌‌گیری از الگوریتم‌های بهینه‌سازی، برای طراحی مجدد شکل تیغه‌ها با کارایی بهتر‌ایجاد شده است. تلفیق‌این دو رشته در روند بهینه‌سازی پیچیدگی مسئله‌ی بهینه سازی را افزایش می‌دهد. هم چنین بهینه سازی‌ایرو= سازه‌ای مسئله‌ای غیر خطی و چند شاخصی (چند مدی Multimodal) است که به خوبی با بهینه‌ سازهای عمومی‌نظیر الگوریتم‌های ژنتیکی و پخت شبیه سازی شده Simulated Annealing قابلیت حل دارد. بسیاری از پژوهشگران‌این روش را برای بهینه سازی تیغه‌ی توربوماشین‌ها انجام داده اند نظیر {1-3}

بهینه‌سازی شکل در جریان سه بعدی برای توربوماشین‌ها از سوی پژوهشگران متفاوتی ارائه شده است. تغییر دوباره در پروفیل تیغه در جهت span تیغه می‌تواند منجر به بهبود قابل توجهی در کارایی شود.‌این تغییر شکل دوباره به معنای توزیع مجدد زاویه‌ی Lean و طول span (sweep) است. عمل دوم به صصورت گسترده ا استفاده می‌شود.‌این دو تغییر به ترتیب به معنای جابه جایی پروفیل راستای span (طول تیغه)  در جهت‌های مماسی و محوری می‌باشند. هم چنین به معنای تغییر در قوس تیغه نیز می‌باشد. با‌این وجود به معنای تغییر در زاویه‌ی Stagger تیغه نمی‌باشد که‌ این به مقدار زیادی در واکنش مرحله تیغه تاثیر گذار است. واد {4} مقاله‌های بسیاری را در‌این زمینه مرور کرده است و تاثیرات فیزیکی sweep و lean را به خصوص در کمپرسورهای محوری سرعت-پایین شرح داده است. تالیا {5} و راجاداس {6} با بهینه سازی ترکیبی با لحاظ کردن ملاحظات‌ایرودینامیک، انتقال حرارت، سازه و آنالیز مودال، شکل سه بعدی‌یک تیغه‌ی توربین خاص را استخراج کردند. شکل تیغه به کمک منحنی‌های بزیر پارامتریزه می‌شود و‌یک مسئله بهینه سازی چندمنظوره با روش K-S حل شد. پیریت {2.7} از GA و RBF به عنوان‌یک RSA به عنوان بهینه ساز استفاده کرد و با لحاظ کردن اهداف‌ایرودینامیکی و سازه‌ای روتور 67 را بهینه کرد.‌ این بهینه سازی به منظور بهبود عملکرد روتور در دامنه‌ی کاری در نقاط کاری متعددی صورت گرفت.‌یک بهینه سازی از نوع‌هارمونیک با مبنای اغتشاشی توسط Li {8} معرفی شد که‌این روش برای بهینه سازی کارایی‌ایرو-گرمایی روتور 67 با لحاظ کردن قیدهای مکانیکی و‌ایرو-مکانیکی مورد استفاده قرار گرفت. بهبود 0.4 درصد در بازده‌ایزنتروپیک در قبال افزایش 33 درصدی تنش استاتیک گزارش شد. فردریک{9}‌یک روش خودکار‌ایرو-مکانیکی به نام MDO-Tool box‌ایجاد کرد که برای بهینه کردن کمپرسور مرحله‌ی فشار بالا برای تقویت کارایی‌ایرودینامیکی تحت قیدهای مکانیکی و هندسی به کار می‌رفت. ابزار بهینه سازی حاوی‌یک NURBS based parameterization scheme و‌یک ANN به عنوان تقریب RSA بود.‌یک الگوریتم بهینه سازی تفاضلی با مبنای رشد (evolution-based) با ترکیب با‌یک NURBS-based parameterization scheme  توسط “لو” توسعه داده شد.‌این روش برای بهینه کردن روتور 37 به کار گرفته شد.