جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "turbine" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «turbine» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
پژوهش کنونی با بهره گیری از شبیه سازی سه بعدی جریان حول توربین داریوس سه پره ای به بررسی توان راه اندازی توربین می پردازد. دو نوع توربین پره مستقیم و پره مارپیچ مجهز به پره هایی با پروفیل جی-شکل مورد بررسی قرار گرفته اند. جهت ارزیابی جامع، تاثیر کمیت های گوناگون نظیر سرعت باد، ارتفاع پره ها و باز یا بسته بودن انتهای پره جی-شکل مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج با نتایج توربین مجهز به پره های کامل مقایسه شده اند. تحلیل جریان حول پره آشکار ساخت که گردابه های شکل گرفته در سطح فشار پره جی-شکل باعث افزایش بیشتر فشار در این سطح شده و در نتیجه موجب افزایش گشتاور تولیدی می شوند. با بستن انتهای پره جی-شکل می توان از خروج این گردابه ها در لبه های انتهایی جلوگیری کرد که تاثیر مثبت این تغییر، در شرایط راه اندازی و شرایطی که روتور دارای چرخش است قابل ملاحظه است. نتایج نشان دادند که متوسط گشتاور تولیدی برای توربین پره مستقیم و پره مارپیچ مجهز به پره جی-شکل با انتهای بسته به ترتیب تحت شرایط راه اندازی 5/38 و 21 درصد و در نسبت سرعت نوک پره کم به ترتیب 5/49 و 9/41 درصد نسبت به توربین با پره کامل افزایش داشته است. همچنین اثر مثبت استفاده از پره های جی-شکل تحت شرایط راه اندازی برای سرعت های کم باد و ارتفاع های بلندتر پره بارزتر می باشد که این پره را به گزینه مناسبی برای به کارگیری توربین در مناطق شهری بدل می کند.کلید واژگان: توربین داریوس, پره جی-شکل, قدرت راه اندازی, توربین پره مستقیم, توربین پره مارپیچThe current study has used three-dimensional simulation of flow around the three-bladed Darrieus turbine to investigate the turbine's self-starting power. Two types of straight bladed and helical bladed turbines, which are equipped with a J-type blades are considered. To fully investigate, the effects of various parameters including wind speed, blade height, and the tips shape of J-type blades which could be open or closed have been studied and the results have been compared with those of the turbine with conventional blades. The analysis of the flow around the J-type blades determined that the vortices formed on the pressure side increase the pressure on this surface and thus rise the torque production. By closing the ends of the J-type blade, these vortices are prevented from exiting at the ends that leads to a substantial improvement on the self-starting and low TSR situations. The results showed that the average torque produced by the straight and helical bladed turbines equipped with closed end J-type blades is respectively 38.5% and 21% higher than the turbines with full profile blades under self-start-up conditions, and the aforementioned percentages are 49% and 41.9% at low TSRs. It was also concluded that the positive effect of using J-type blades under self-starting conditions is more pronounced at low wind speeds and higher blade heights, which makes these blades a viable option for urban applications.Keywords: Darrieus Turbine, J-Type Blade, Self-Starting Power, Straight Bladed Turbine, Helical Bladed &Lrm, &Lrm, Turbine
-
In this paper, numerical simulation methods are adopted to explore the influencing factors of a Ceramic Catalytic Turbine (CCT) for reduced exhaust pollution from vehicles during the warm-up stage. Also, an analysis is conducted regarding the potential effects of turbulence on the catalytic reaction mechanism and the sensitivity of relevant parameters to the Arrhenius equation. It is found out that the air-fuel ratio inside the engine has a considerable effect on the reactions of CCT, with the conversion efficiency of each emission species sharply reduced under fuel-rich conditions. At 600K, the conversion efficiency declines by 11.3% for C3H6, 12.26% for CO, and 3.64% for NO. At 700K, the conversion efficiency is reduced by 6.7% for C3H6, 11.56% for CO, and 6.44% for NO. Despite increasing the concentration of reaction gas components, a high flow rate makes little difference to the reaction itself. At the same rotational speed of the turbine, the conversion rate of harmful components drops with an increase in flow rate due to the increase in space velocity. When the flow rate is constant and the temperature is kept in the control zone of chemical kinetics, the conversion efficiency of the catalytic reaction is enhanced at a higher rotational speed. Differently, when the temperature is in the control zone of mass transport and the flow rate is constant, the conversion efficiency decreases as the turbine accelerates. In practical terms, reducing activation energy within a controllable range is equivalent to further reducing the light-off temperature of the catalyst. Meanwhile, this may disrupt the convergence of numerical calculations because the catalytic reactions could occur at around the light-off temperature.Keywords: Vehicle warm-up, Emission reduction, Catalytic reaction, Turbine, Numerical simulation, Mechanism
-
امروزه موتورهای توربوفن به دلیل داشتن نیروی پیشرانه بیشتر مورد توجه هستند. سازگاری عملکرد همزمان دو جز اصلی موتور توربوفن، کمپرسور و توربین از دغدغه های اصلی طراحان و سازندگان می باشد. چراکه منحنی های مشخصه عملکرد توربین و کمپرسور متفاوت و تقریبا مغایر می باشند و باعث واماندگی خواهند شد. برای جلوگیری از واماندگی، تعیین سازگاری دو جزء این نوع موتور اهمیت بسیاری دارد. حساسیت پارامترهای مختلف در طراحی این نوع موتورها بسیار زیاد بوده و دستیابی به شبیه سازی های از پیش محاسبه شونده که بتوانند خطای محاسباتی کمتری داشته باشند، هزینه و زمان طراحی را کاهش خواهد داد. در این تحقیق یک شبیه سازی کم خطا برای محاسبه خط سازگاری موتورهای توربوفن طراحی شده است. در روند این تحقیق ابتدا پارامترهای متاثر بر خط سازگاری تعیین شده و سپس نحوه محاسبه آن استخراج و شبیه سازی شده است. با استفاده از مشخصات موتورهای RR- Trent 772-60، PW - PW4098 اعتبارسنجی برای شبیه سازی انجام شده است. طبق آزمایش های انجام شده با میزان مصرف سوخت رانش با دقت خطا کمتر از 05/0 و مقدار نیروی رانش برای موتورهای مختلف کمتر از 2000 (پوند) محاسبه شده است. در آزمایش دیگر صحت تعیین خط سازگاری برای اجزای مختلف موتور توربوفن با استفاده از منابع موجود تایید شده است. از طرفی میزان دقت همپوشانی خط سازگاری شبیه سازی انجام شده، 92 درصد برای موتور RR- Trent 772-60 و 2/94 درصد برای موتور PW - PW4098 بدست آمده است.
کلید واژگان: موتور توربوفن, رانش, سازگاری, کمپرسور, توربین, عملکردTurbofan engines have attracted a lot of attention due to their high propulsion power. Compatibility of the simultaneous operation of the two main components of the turbofan engine, i.e., compressor and turbine, is one of the main concerns of designers and manufacturers. Because the form of characteristic curves of turbine and compressor are different and almost contradictory and will cause stagnation. In order to prevent turbofan surge, determining the matching of different components of this type of motors has become very important. The sensitivity of different parameters in the design of these types of engines is very high and achieving precalculated simulations that can have less calculation error will reduce the cost and time of the design stage. In this research, a lowerror simulation is designed to calculate the matching line of turbofan engines. In the stages of this research, first, the parameters affecting the matching line have been determined, and the method of calculating it has been extracted and simulated. Validation has been done for this simulation using the specifications of the RR-Trent 772-60, PW-PW4098 engines. According to the experiment performed, the thrust fuel consumption has been calculated with an error accuracy of less than 0.05 and the amount of thrust for different engines is less than 2000 (lbs). In another experiment, the correctness of determining the matching line for different components of the turbofan engine has been confirmed using the available resources. On the other hand, the accuracy of the overlap of the matching line of the simulation is 92% for the RR-Trent 772-60 engine and 94.2% for the PW-PW4098 engine.
Keywords: Turbofan engines, Thrust, Matching, Compressor, Turbine -
Centrifugal pumps are turbomachines that have wide industrial applications and could perform in different ways such as pump and turbine mode. The maintenance of this equipment is mostly carried out using invasive methods that are expensive, time-consuming, and even complicated. The application of non-invasive methods is sought since they offer the advantage of real-time monitoring without stopping the process, reducing component assembly and disassembly times and providing a faster response. The aim of this work is done an experimental investigation that shows evidence about how the information on the hydraulic variables can be obtained if the electrical variables are monitored for the modes of operation such as pump and turbine. This work is divided into two parts, the first part is based on a statistical analysis to perform a multivariate adjustment through copulas and probability distributions. The second part focuses on the graphical analysis of the power density spectra for the hydraulic variables, the torque, and the defined electrical variables. The amplitude peaks of each variable and which peaks are common between them are determined. A statistically significant fit for Tawn type 2 copula is obtained with the indicator variable of pressure fluctuation and a multivariate transformation of the three-phase network currents. In the spectra analysis, common amplitude peaks are observed between the spectra that indicate the information flow on the phenomena between the hydraulic variables and the electrical variables.Keywords: Copula analysis, spectral analysis, Turbomachinery, Centrifugal pump, Turbine
-
In order to improve the performance of single-stage turbines, blade profiling optimization was conducted for the guide vane and rotor under design condition. Support vector regression (SVR) and non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II) were used to execute the optimization, with the objective of maximizing the efficiency and total pressure ratio of single-stage turbines. The gas turbine chosen for the initial study was the KJ66, which is one of the most robust and primitive small gas turbine designs available. The influence mechanism of the stator and rotor profiling on flow field and performance was discussed. The results revealed that compared with the prototype, the adiabatic efficiency increased by 5.95% and the total pressure ratio increased by 0.9%. Furthermore, the matching of flows between the stator blade and rotor blade obviously improved. The optimized guide vane suppressed the flow separation by increasing the leading edge and improving the distribution of the inlet angle of attack. The load distribution of rotors with a 50% spanwise position changed from the original "C" loaded to post-loaded. The leading load obviously decreased, and the angle of attack was smaller than that of the prototype, which effectively weakened the flow separation at the leading edge of the rotor. Compared with the original rotor, the higher lean angle and pressure ratio of the turbine stage also improved. However, the leakage loss near the shroud of the rotor increased, which led to decreased efficiency.Keywords: Turbine, Performance, Blade profiling, Multi-objective optimization, Flow separation
-
در این مقاله پدیده دنباله، در توربین های جریان جزر و مدی دو پره و سه پره مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل، از روش دینامیک سیالات محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS-FLUENT استفاده شده است. در ابتدا، توربین ها در مقادیر مختلف سرعت نسبی نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفتند و بیشینه توان تولیدی آن ها محاسبه گردید. سپس، ناحیه دنباله برای شرایط بیشینه توان تولیدی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در سرعت نسبی نوک پره برابر با 5، بیشینه ضریب توان برای هر دو توربین قابل استحصال است که مقدار آن برای توربین سه پره معادل با 35/0 و برای توربین دو پره برابر با 28/0 می باشد. همچنین، پدیده دنباله در توربین های دو پره نسبت به توربین سه پره زودتر به پایان می رسد به گونه ای که؛ در فاصله ای معادل با سیزده برابر قطر توربین نسبت به محل قرارگیری آن، مقدار سرعت برای توربین دو پره به 87% سرعت اولیه و برای توربین سه پره به 81% سرعت اولیه خود بازگشته است. بنابراین، با در نظر گرفتن توان تولیدی بالاتری که از توربین های سه پره قابل استحصال است، زمانی که مساحت به کار گرفته شده به منظور ایجاد مزرعه اهمیت کمتری داشته باشد، می توان با چیدمان سه پره توان بیشتری را از مزرعه برداشت کرد. بالعکس، زمانی که مساحت مزرعه از اهمیت خاصی برخوردار باشد، توربین های دو پره برای استفاده مناسب تر به نظر می رسند.کلید واژگان: توربین, جریان جزر و مدی, پدیده دنباله, دینامیک سیالات محاسباتی, سرعت نسبی نوک پره, ضریب توانIn this paper, the effect of wake phenomenon on the performance of 2 and 3 bladed tidal current turbines have been investigated. Computational fluid dynamics analysis using ANSYS-FLUENT has been conducted. Initially, turbines were evaluated at the different values of the tip speed ratio and the maximum power coefficient was estimated. Then, the wake distance was evaluated for this maximum power coefficient. Results showed that at the tip speed ratio of 5, the maximum power coefficient for both turbines was achievable which were 0.35 and 0.28 for a 3 and 2-bladed turbines, respectively. Also, the wake phenomenon in 2-bladed turbine terminated earlier than 3-balded, so that; at a distance after the turbine which was equal to the thirteen times more than the turbine diameter, the flow velocity returned to 87% and 81% of initial flow velocity for 2 and 3-bladed turbines, sequentially. Considering the results, 3-bladed turbines are justified to use when there is no restriction for the area of the tidal farm while the maximum power extraction is the main objective. Conversely, 2-bladed turbines seem to be more appropriate where the tidal farm area is the particular of importance.Keywords: Turbine, Tidal current, Wake phenomenon, CFD, Tip speed ratio, Power coefficient
-
استفاده از دیسک های دوجانه به جای دیسک های تک جانه در روتور توربین، ایده نوینی است که به سببایجاد فضای لازم، امکان خنک کاری روتور و در نتیجه کاهش سطح دما و تنش های ناشی از آن را فراهم می کند.دیسک تحت بارگذاری های مکانیکی و حرارتی قرار دارد. بارگذاری مکانیکی شامل اثر ناشی از دوران دیسک و بار گریز از مرکز ناشی از دوران پره ها است. بارگذاری حرارتی در اثر تغییرات حرارتی موجود بین سطوح داخلی و خارجی بر دیسک اعمال شده است. شرایط مرزی دیسک به صورت دوسرگیردار در نظر گرفته شده است. ابتدا با استفاده از روش حل تحلیلی تیوری الاستیسیته صفحه ای روابط حاکم بر یک دیسک دوار تک جانه در حالت تنش صفحه ای استخراج شده است. در ادامه دیسک مورد نظر با پروفیل ضخامت واقعی با استفاده از روش عددی تیموشنکو-گریمل مورد تحلیل قرار گرفته است. سپس به منظور رسیدن به یک دیسک دوجانه با پروفیل مناسب این دیسک با سوراخ های پله ای شکل در 044 حالت هندسی مختلف مورد بررسی قرار گرفته و حالت دارای کمترین جرم ممکن و ضریب اطمینان قابل قبول به دست آمده است. نتایج حاصل از تحلیل نشان دهنده کاهش جرم، کاهش سطح تنش ها و بهبود ضریب اطمینان در اثر استفاده از یک دیسک دوجانه بهینه می باشد.
کلید واژگان: توربین, روتور خنک شونده, دیسک دوجانه, بارهای مکانیکی و حرارتی, تحلیل تنشUsing twin web disks instead of single disks in turbine rotor is the new idea, which provides the necessary space for cooling and thus reducing the temperature level and the resulting stresses. The disk is subject to mechanical and thermal loading. Mechanical loading involves the effect of the disk rotation and the centrifugal load caused by the blade rotation at the external surface. Thermal loading is applied due to thermal changes between the internal and external surfaces on the disk. Disk boundary conditions are considered as dual-cantilever. Using the analytical solution method, the theory of elasticity of the plate is derived from the relations that govern the thickness of a rotating disk in a plane stress state. In the following, the disk was analysed under consideration the actual thickness profile using the TimoshenkoGrameel’s numerical method. In order to reach a twin web disk with a proper profile, this disk is studied with stepped holes in 400 different geometrical modes, and the state with the lowest possible mass and acceptable reliability coefficient is obtained. The results of the analysis show the reduction of mass, reduction of stress levels and improvement of the coefficient of confidence through the use of an optimal twin web disk.
Keywords: Turbine, Cooled rotor, Twin Web Disk, Mechanical, thermal loads, StressAnalysis -
The film cooling effectiveness of a staggered arrangement of small and large holes was investigated. The small auxiliary holes were located normal to the cooled surface, whereas the large main holes had an inclination angle of 30°. The center points of the small holes were located upstream, downstream, and in the same position as the main holes. A hole pitch (P/D) of 3 and a thickness (t/D) of 3 were considered. The film cooling performance of the hole in trench structure and the cylindrical hole was also determined. The numerical results show that large-scale vortices caused by the auxiliary hole injection inhibit the development of vortices caused by the main hole in the streamwise direction. This result differs from that of anti-vortex film cooling. Compared to the baseline, the increase in the surface-averaged values is 15-22% for the staggered arrangement, depending on the blowing ratio (0.5 to 2.0). The positions of the auxiliary holes have an effect on the spanwise-averaged values.
Keywords: Turbine, Film effectiveness, Vortex inhibition -
طراحی مناسب پره استاتور توربین کمک شایانی به افزایش عملکرد آن و بازده کلی موتور می کند. در این پژوهش به کمک نرم افزار فلوینت تولید آنتروپی محلی و نرخ اگزرژی تخریبی پره استاتور توربین آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در تحلیل انجام شده آنتروپی تولیدی محلی به دو بخش آنتروپی تولیدی چسبندگی و آنتروپی تولیدی حرارتی تقسیم بندی شده و معادلات حاکم به کمک udf داخل نرم-افزار فلوینت تعریف شده است. بعد از محاسبه آنتروپی تولیدی محلی و مشخص شدن مقدار بازگشت ناپذیری ها، طبق معادله ی گویا-استودلا مقدار اگزرژی تخریبی نیز به کمک روش عددی محاسبه شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که دو مدل اسپالارت آلماراس و k-ω (SST) بهترین پیش بینی ویک پره را انجام داده اند. مقدار آنتروپی تولیدی چسبندگی و آنتروپی تولیدی حرارتی به ترتیب 69 و 31 درصد است. مقادیر تولید آنتروپی محلی محاسبه شده با نتایج یک پره ی استاتور توربین مقاله معتبر اعتبارسنجی شده که تطابق قابل قبولی در آن مشاهده می شود. اگزرژی تخریبی محاسبه شده 281 کیلووات بوده که در محدوده توربین گازهای هوایی مدرن برای یک طبقه توربین پرفشار قرار دارد.
کلید واژگان: پره استاتور, توربین, تحلیل عددی, قانون دوم ترمودینامیک, تولید آنتروپیThe proper design of the stator turbine supercharger is of great help in increasing its performance and overall engine efficiency. In this research, with the help of FLUENT software, the local entropy generation and rate of exergy destruction of the turbine stator vane has been investigated. In the analysis, local entropy generation is divided into two sections: viscous entropy generation and thermal entropy generation, and the governing equations are defined with the help of UDF within the FLUENT software. After calculating the local entropy generation and determining the value of irreversibility quantities, According to the Gouy-Stodola equation, the amount of exergy destruction is calculated by numerical method. The results show that the two models of the Spalart Allmaras and k-ω(SST) have performed the best prediction wake of the vane. The amount of viscous entropy generation and thermal entropy generation is 69% and 31%, respectively. The values of the local entropy production calculated with the results of a stator turbine vane of authentic paper are validated with acceptable adaptation in it. The calculated exergy destruction is 281 kW, located in the range of modern gas turbines for a high-pressure turbine stage.
Keywords: Stator vane, Turbine, Numerical Analysis, Second Law of Thermodynamics, Entropy generation -
امروزه با توجه به کاهش سوخت های فسیلی و اعمال مدیریت در بهره برداری از آن ها، استفاده از انرژی باد به عنوان یکی از کاراترین منابع انرژی تجدیدپذیر در حال افزایش است و در سال های گذشته، طراحی، ساخت و بهینه سازی مزارع باد، که شامل مجموعه ای از توربین ها در یک مزرعه وسیع می باشند، توسعه بیشتری یافته است. در این مقاله به جانمایی توربین ها در مزرعه باد پرداخته شده و تاثیر موقعیت آن ها بر توان خروجی کل مجموعه مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور، زمینی مربعی شکل در نظر گرفته شده است و با داشتن اطلاعات مربوط به چگونگی وزش باد و سرعت آن در هرجهت براساس تابع توزیع ویبول، محل بهینه قرارگیری توربین های باد در مزرعه با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی استخراج خواهد شد. هدف اصلی پژوهش، افزایش مجموع توان دریافتی از توربین های مزرعه باد، براساس تغییر در موقعیت توربین ها می باشد. این مساله بهینه سازی با قیودی همچون حداکثر تعداد توربین ها در یک مزرعه، حداقل فاصله بین توربین های مزرعه و ابعاد کلی مزرعه همراه خواهد بود. برای حل این مساله بهینه سازی، از دو روش الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات استفاده شده و نتایج با هم مقایسه شده اند. بررسی نتایج این پژوهش نشان می دهد توان دریافتی از کل توربین های جایابی شده در مزعه باد، نسبت به کارهای قبلی افزایش یافته است.
کلید واژگان: مزرعه باد, بهینه سازی, جانمایی توربین, الگوریتم ژنتیک, الگوریتم ازدحام ذراتNowadays, with regard to the reduction of fossil fuels and the management of their use, wind power is now rising as one of the most efficient renewable energy sources. Moreover, wind farms, which include sets of turbines in a vast farm, have become more developed and their designs and optimizations have risen recently. In this paper, the wind turbines are located in the wind farm and the effects of their positions and arrangements on the production power of the whole system are investigated. For this purpose, a square farm is considered and, having information on how the winds and wind speeds in each case (based on the Weibull distribution function), will extract the optimum location of wind turbines in the farm using optimization algorithms. The main goal of this research is to increase the total amount of power extracted from the wind farm based on the changes in the locations and arrangements of the turbines. This optimization problem is subjected to some constraints, such as the maximum number of turbines in the farm, the minimum distance between turbines and the overall size of the farm. To solve this optimization problem, the GA and PSO algorithms are used and the results of these methods are compared. The results of this study indicate that the power produced from all the turbines located in the wind farm has increased compared to previous works.
Keywords: Wind farm, optimization, Turbine, GA, PSO -
سامانه های پرخوران، با فشرده سازی هوای ورودی به موتور باعث افزایش بازده تنفسی و کاهش مصرف سوخت و کاهش سطح آلاینده های خروجی از موتور می گردند. ماهیت جریان درون گردا پیچیده بوده و پدیده های مختلفی از قبیل جدایش و آشفتگی جریان درون گردا مشاهده می شود. همچنین تعیین دقیق عملکرد گردا در نقاط کاری مختلف، در تطابق پرخوران با موتور نقش به سزایی دارد. هدف اصلی این تحقیق، شبیه سازی سه بعدی و پایا جریان درون گردای سامانه پرخوران و تحلیل رفتار گردا، در شرایط مختلف عملکردی است. بدین منظور جریان درون گردا شامل حلزونی، چرخان، پخشگر خروجی و مسیر هدررو به صورت سه بعدی و تحت شرایط پایا بررسی می شود. صحه گذاری نتایج شبیه سازی به کمک نتایج آزمون های تجربی، نشان دهنده اختلافی در حدود 3 تا 9 درصد بین این نتایج است. همچنین به منظور پایش سرعت دورانی پرخوران، گردای سامانه پرخوران موردبررسی، مجهز به سازوکار دریچه هدررو است. با اندازه گیری مقدار دقیق گشودگی دریچه هدررو در نقاط کاری گردا در میز آزمون موتوری، شبییه سازی جریان درون گردا در حالت دریچه هدررو باز انجام شده و تاثیر گشودگی دریچه بر روی عملکرد گردا و بازدهی هم آنتروپی گردا بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که گشودگی دریچه هدررو تا حد چشمگیری باعث افت بازدهی هم آنتروپی گردا و کاهش توان تولیدی توسط گردا، می گردد.کلید واژگان: پرخوران, گردا, شبیه سازی سه بعدی, دریچه هدررو, بازدهی هم آنتروپیTurbocharger systems, can increase volumetric efficiency and decrease fuel consumption and emissions of an engine due to compressing the entering air to the engine. Flow characteristic inside turbine is sophisticated and several phenomena like flow separation and high turbulent flow can occur inside turbine. Determining exact performance behavior of turbine can alter the matching process of the turbocharger with the engine. The main goal of this research is 3D and steady simulation of the flow inside turbocharger’s turbine and analysis of the performance behavior of turbine under different working conditions. To this end, 3D flow inside turbine including volute, rotor, diffuser and wastegate passage is investigated steadily. Validating simulation results by experimental results shows that there exist 3 to 9 percent of error between these. In order to control the rotational speed of turbine, turbocharger is equipped with wastegate. By measuring the exact amount of wastegate opening in different working conditions of turbine on a test cell, flow simulation inside turbine is accomplished in different wastegate openings and the effect of wastegate opening on the turbine performance and isentropic efficiency is investigated. The results shows that opening of wastegate can reduce isentropic efficiency and power produced by the turbine significantly.Keywords: Turbocharger, Turbine, 3D simulation, Wastegate, isentropic efficiency
-
توان باد یک پارامتر مهم برای برآورد پتانسیل یک مزرعه باد است و از آن برای مقایسه سایت های مختلف استفاده می شود. در این پژوهش برآورد توان انرژی باد در چهار منطقه مختلف ایران بررسی شده است. برای این منظور از اطلاعات باد شهرهای مایان، بردسیر ، مورچه خورت و خاش که با فرکانس زمانی 10 دقیقه ای در مدت یک سال ثبت شده اند استفاده شده است. از روش های جبری و گرافیکی برای تخمین ثوابت وایبول استفاده شد که از آن های در تعیین توان باد در مناطق انتخاب شده، استفاده شده است. تابع وایبول استفاده شده در این پژوهش تابع دو متغیره است. پس از تعیین ثوابت وایبول به تعیین توان انرژی باد در این مناطق پرداخته شد. برای تخمین توان تولیدی از شش نوع توربین با توان و ارتفاع هاب متفاوت استفاده شد. نتایج نشان داد که در مناطق بررسی شده با نسب توربین های بادی با توان های متغیر که نیاز به سرعت پایین باد برای راه اندازی دارند می توان به تولید توان پرداخت که از بین مناطق انتخابی ایستگاه مایان مستعدترین نقطه برای نصب و راه اندازی مزرعه بادی است.کلید واژگان: توان انرژی باد, تولید الکتریسیته, توربین, مزرعه بادیWind power is an important parameter for estimating the potential of a wind farm; it is used to compare different sites. In this study, wind power estimation under four different regions of Iran was investigated. For this purpose, the wind data of the Mayan, Bardsir, Morche Khort and Khash have been recorded at a time interval of 10 minutes per year. The algebraic and graphical methods were used to estimate the constants of the Weibull function, which were used to determine the wind power in the selected regions. The Weibull function used in this study is a twovariable function. After determining the Weibull constants, the wind power was determined. Six types of turbines with different powers and heights were used to estimate the power output. The results showed that in the selected cities, using wind turbines with variable power, which were required low wind speeds to start, could be producing electricity. The Mayan station is the most desirable space to install the wind farm.Keywords: Wind power, Electricity production, Turbine, Wind farm
-
پره های توربین همواره در معرض تلرانس ها و خطا های اجتناب ناپذیری قرار دارند که باعث فاصله گرفتن هندسه نهایی پره از هندسه طراحی شده، می شود. از طرفی، تاثیر به سزایی که هندسه پره بر عملکرد توربین دارد، منجر می شود تا خطا های ابعادی پره، ویژگی های اصلی توربین، همچون بازده، را تحت تاثیر قرار دهد که این مورد نیز سبب فاصله گرفتن عملکرد توربین از عملکرد بهینه خود می شود. از این رو، به دست آوردن تلرانس های ابعادی مجاز که بر بازده توربین موثر هستند، لازم به نظر می رسد. از تاثیرگذارترین عوامل که منجر به این خطا ها می شود، می توان به خطاهای ناشی از روش های گوناگون ساخت پره و نیز تغییرات هندسی به وجود آمده در حین کار توربین اشاره نمود. از مهمترین این خطاها می توان به تلرانس های ضخامت بیشینه، طول وتر و ارتفاع پره اشاره نمود. در این پژوهش، به کمک مدل سازی یک بعدی، به بررسی عددی تغییرات بازده توربین جریان محوری هانوفر از مقادیر طراحی شده خود به دلیل تلرانس های ابعادی فوق پرداخته شده است . در این مدل سازی از مدل افت های اینلی– ماتیسون، دونهام– کیم و انگیر استفاده شده است.کلید واژگان: تلرانس, پره, بازده, توربین محوری, مدل سازی یک بعدیTurbine blades always face inevitable fault and Tolerances, which cause the final blade geometry differs from the designed one. On the other hand, blade geometry has important effects on turbine performance causing blade dimensional faults influence turbine major characters, like efficiency. The mentioned situations cause turbine performances vary from its optimum condition. So, obtaining allowable geometrical tolerances having effect on turbine efficiency is necessary. The most influential factors leading to these errors are various fabrication methods and geometrical changes during turbine operation. The most important of these can be pointed to maximum thickness, chord length, and blade height tolerances. In this research, through one-dimensional modeling, Hanover axial flow turbine efficiency changes from its design point due to dimensional tolerances is studied. Ainely-Mathieson, Dunham-Came, and Aungier loss models were applied in this modeling.Keywords: Blade, Tolerance, Efficiency, Turbine, Axial, One dimensional modeling
-
در این مقاله هدف طراحی و تحلیل توربین کوچک باد می باشد. برای این منظور منطقه مروست در استان یزد به عنوان پایلوت طراحی در نظر گرفته شده است. توربین بادی از چندین جزء تشکیل شده است که از مهمترین مسائل، طراحی مناسب ایرفویل پره می باشد. در این کار سعی بر آن بوده است تا با تلفیق ایرفویل روتورهای دارای گشتاور تولیدی بالا و خود شروع کننده در سرعت های باد پایین با ایرفویل روتورهای دارای کارایی بالاتر، تولید انرژی بوسیله توربین های بادی را تا حد زیادی در سرعت های باد کمتر امکان پذیر نمود. طرح ایرفویل روتور توربین تلفیقی از ایرفویل روتورهای ساونیوس و داریوس می باشد که اولی دارای گشتاور تولیدی بالا و خود شروع کننده در سرعت های باد پایین است و دومی دارای کارایی بالا می باشد که ایرفویل حاصل به شکل J می باشد. روتور طراحی شده با استفاده از نرم افزار مورد تحلیل قرار می گیرد و سپس پارامترهای مختلف موثر بر عملکرد این روتور مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.کلید واژگان: توربین, انرژی باد, ایرفویل, داریوسThe purpose of this article is design and analysis of small wind turbine. To this aim¡ the Marvast region in Yazd province is selected as the design pilot region. Wind turbine is consisting of some components and the proper airfoil design is one of most significant issues. In this work two types of airfoils are combined that one airfoil has the proper starting torque and the other one has the high efficiency. The output airfoil is a J-shape airfoil that is the combination of Savonius and Darrieus airfoils. Design is analyzed using the software and the effect of parameters is investigated.Keywords: Turbine, Wind Energy, Airfoil, Darrieus
-
امروزه استفاده از از انرژی برق- آبی در جهان به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر بطور چشم گیری گسترش یافته است. یکی از روش های استحصال این انرژی استفاده از توربین های محوری با هد خیلی کم در رودخانه ها می باشد. در این تحقیق، طراحی و بهینه سازی یک توربین آبی محوری با هد خیلی کم ( 2.9 متر) انجام شده است. گام اول در بهینه سازی توربین، تولید هندسه اولیه مناسب می باشد. برای این منظور از روش طراحی یک بعدی مبتنی بر قانون اویلر استفاده شده است. پیشرفت الگوریتم های محاسباتی در طراحی و تخمین عملکرد توربین های آبی نقش بسزایی داشته است. در این تحقیق شبکه توسط قسمت مش نرم افزار انسیس ایجاد و سپس میدان سیال با حل سه بعدی معادلات ناویر- استوکس در سی. اف. ایکس برای رانر شبیه سازی شده است. بهینه سازی این هندسه با بهینه کردن نسبت ضریب برا به پسا برای مقاطع مختلف پره به دست می آید. از روش سی. اس. تی جهت پارامترسازی و از نرم افزار ایکس-فویل برای استخراج مشخصه های جریانی ایرفویل استقاده شده است. سپس ضرایب ایرفویل با کمینه کردن نسبت پسا به برا توسط الگوریتم اف. مین. سرچ نرم افزار متلب اصلاح شده اند. نتایج نشان می دهد که راندمان در نقطه کاری در هندسه بهینه شده حدود 2.4 درصد افزایش یافته است.کلید واژگان: توربین, هد بسیار کم, ایرفویل, بهینه سازی, سی, اس, تیUtilization of hydro- power as renewable energy source is developed in the world now significantly. Using very low head axial turbines in rivers is one of ways for obtain this energy. In this research, design and optimization of an axial hydraulic turbine with very low head(2.9m) was done. The first step in the optimization of turbine is generation a suitable initial geometry. For this purpose one dimensional design approach based on Euler law was used. Development of computation algorithms is very efficient and suitable in hydraulic turbine design and performance investigation. In this research mesh was generated with mesh-ANSYS software and then the default domain was simulated by solving the 3-D Navier Stokes equations through the runner passages in the CFX software. Optimization geometry is obtained by optimization of Drag to Lift coefficient ratio for different blade midspans. For parameterization of airfoils, the CST method and for extraction of flow characteristics of airfoils XFOIL software were utilized. Then airfoil coefficients by minimization of Drag to Lift ratio with fminsearch algorithm in MATLAB software were corrected. The results show that the efficiency in design point is increased about 2.4%.Keywords: Turbine, Very Low Head, airfoil, Optimization, CST
-
میکروتوربین ها توربین های گاز کوچکی (25 الی 300 کیلووات) با بازیاب حرارتی یا ریکوپراتور برای بهینه سازی مصرف انرژی هستند. در طرح های موجود، هوا به کمک ریکوپراتور و با استفاده از حرارت گازهای خروجی از توربین پیش گرم می شود تا سوخت کمتری در محفظه احتراق مصرف گردد. کارآیی ریکوپراتور نقش کلیدی در کارکرد بهینه میکروتوربین دارد. برای بازیافت حرارت در صنعت توربین گاز از انواع بازیاب ها استفاده می شود. در حالت کلی بازیاب ها به دو دسته ریژنراتورهای و ریکوپراتورها تقسیم می شوند. ریژنراتورها به صورت دوره ای عمل نموده و در یک دوره زمانی گرمای گازهای داغ خروجی از توربین را در ماتریس مبدل ذخیره نموده و در دوره زمانی بعدی ضمن تماس، با هوای سرد متراکم شده خروجی از کمپرسورها آنرا منتقل می کنند. ریکوپرراتورها، مبادله کن گرما گاز به گاز فشرده ای هستند که به صورت پیوسته عمل انتقال حرارت را از گازهای گرم خروجی از توربین به هوای سرد خروجی از کمپرسور انجام می دهند و مورد بحث این مقاله می باشند. هدف اصلی در این مقاله فقط بررسی ترمودینامیکی بوده و نتایج نشان می دهد که افزودن ریکوپراتور باعث افزایش قابل ملاحظه در بازده گرمایی چرخه می شود. همچنین مقاله حاضر به بررسی تاثیر جنس مواد ریکوپراتور بر عملکرد میکروتوربین، بازده و دمای ورودی توربین که از عوامل موثر بر افزایش بازده می باشند، پرداخته است. حل معادلات ترمودینامیکی توسط نرم افزار EES2013 انجام گرفته و بررسی نتایج نشان می دهد که در نسبت فشار PR=4.29 راندمان حرارتی بیشینه بوده و افزودن ریکوپراتور باعث کاهش سوخت مصرفی به میزان 45 درصد در محفظه احتراق می گردد.کلید واژگان: دل سازی ترمودینامیکی, میکروتوربین, ریکوپراتور, نرم افزار, EESMicro turbines are indeed very small gas turbines (25-300 kW) that usually have thermal regenerator or recuperator to minimize the energy consumption. In currently working plants, the air entered into the compressor is compressed and then is preheated using the heat of turbine exhaust gases in a recuperator. One of the methods to enhance the performance of the gas turbine is using a heat exchanger to recover the energy of hot gases leaving from gas turbine. To recover heat in gas turbine industry different devices have been used. In general, heat recovery devices are divided into two groups i.e. i) regenerators and ii) recuperators. Regenerators act periodically and at the first time interval it absorbs the heat of turbine exhaust gas in the heat exchanger matrix and in the next time interval transfers heat to the cold dense air leaving the compressor. In contrast, Recuperators are heat exchangers that transfer heat into compressed air continuously and use the energy of exhaust hot gases. This paper investigates the thermodynamic of microturbine. The results show that adding a recuperator increases the cycle thermal efficiency significantly. Also this paper investigates the effect of recuperator materials on the micro-turbine performance and the turbine inlet temperature as the most effective factor to increase the performance. The thermodynamic equations were solved by an engineering software EES2013. Considering the results show that at the pressure ratio of 4.29 the thermal efficiency is maximum and adding a recuperator decreases the fuel consumption rate 45 percent in the combustion chamber.Keywords: Thermodynamic modeling, Micro, turbine, Recuperator, EES software
-
The highest-level fluctuations in large pump-turbines are usually originated from rotor-stator interaction (RSI) in the vaneless region. Hence, the studies of RSI phenomenon and corresponding unsteady effects are significantly important to reduce the pressure fluctuations. In this paper, firstly, RSI in a pump-turbine, featuring 20 stay vanes, 20 guide vanes and 9 runner blades, is analyzed through diameter mode theory, which has been used widely. Then, 3-D unsteady numerical simulations are performed under six guide vane openings in turbine mode. The comparison including performance and pressure characteristics between numerical and experimental results shows a good agreement. Finally, best guide vane opening 21° is chosen to analyze the distribution of pressure fluctuations. The detailed investigation of numerical results shows that frequencies in the vaneless region at best guide vane opening are mainly blade passing frequency (BPF) and its harmonic frequencies caused from RSI. The variation of BPF and its harmonic frequencies is confirmed by diameter mode theory. For this type of the pump-turbine, the amplitude of 2BPF (18fn) shows the highest corresponding diameter mode k2=-2, which indicates two high pressure regions caused by the component of 18fn in the vaneless region. Furthermore, the two high-pressure regions rotate in the counterclockwise direction with rotational speed of the runner blades. This research could provide a basic understanding of RSI to have a further study for pressure fluctuations in pump-turbines.Keywords: Pump, turbine, Rotor, stator interaction, Turbine mode, Vaneless region, Diameter mode
-
در این مقاله پدیده ی فلاتر در توربوماشین معرفی می شود. دلایل اهمیت بررسی و ویژگی های آن به عنوان یک ناپایداری دینامیکی آیروالاستیک ارائه می گردد. روش های متداول آزمون فلاتر پره های توربوماشین و رهیافت های مختلف تحلیل آن شرح داده می شود. سپس از رهیافتی برای تحلیل فلاتر استفاده می شود که تنها اثر پایدارکنندگی سیال را در برابر ارتعاش پره ها بررسی می کند. معادلات استفاده شده در این رهیافت و معیار پایداری از دیدگاه ریاضی ارائه می شود که از آن دو مفهوم پایداری محلی و پایداری کلی به دست می آید. مشخصات تجهیزات آزمون، شرایط مرزی و کمیت های اندازه گیری شده که با نرم افزار مدل سازی و حل عددی، شبیه سازی و محاسبه شده اند، ارائه می گردد. حل عددی با نرم افزار CFX ANSYS انجام شده است. استقلال نتایج از مش بندی و تاثیر دو مدل توربولانسی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حل عددی با حل عددی دیگر و نیز آزمون مقایسه شده است که تطابق خوبی با نتایج آزمون دارد. حل عددی برای دو حالت پایا و ناپایا انجام شده است که در حالت ناپایا پاسخ سیال به ارتعاش پره در سه مود ارتعاشی خمش محوری، خمش محیطی و پیچش به دست آمده است. برای محاسبه ی پاسخ کل، از دو روش استفاده و نتایج این دو روش با هم مقایسه شده اند. در انتها ناپایداری محلی محاسبه و نتایج آن به صورت نمودارهایی ارائه شده است که سهم پره های مجاور را در ناپایداری یک پره ی مشخص نشان می دهد. همچنین ناپایداری کلی نیز برای سه مود ارتعاشی بررسی شده است.کلید واژگان: فلاتر, پره, توربین, پایداری, میراییIn this paper the flutter phenomenon in turbomachinary is introduced. The importance and characteristics of the flutter as a dynamic aeroelastic instability is presented. Conventional methods for the blade flutter test and different approaches in flutter analysis of blade are described. Among the existing analysis methods, one approach which only examines the stabilizing effect of fluid is used in order to analyze the flutter in this paper. Firstly, its equations are described and a criterion for the determination of the stability based on the analysis results is presented. According to the criterion the local and global stability can be concluded. Numerical analysis has been performed by ANSYS CFX. Mesh independence and two different turbulence models have been examined and results have been validated by test results. Numerical analysis has been carried out for two steady and unsteady states. In unsteady state the response of fluid to blade vibration in three modes has been calculated. In order to assess the total response two methods have been used and the results have been compared. Eventually local instability has been calculated and the results presented in figures which illustrate the contribution of adjacent blades in instability of specific blade. The evaluation of global instability for three modes has been presented and the obtained results are in excellent agreement with experiment.Keywords: Flutter, Blade, Turbine, Stability, Damping
-
جریان بخار در گذرگاه پره های طبقه های کم فشار توربین های بخاربعلت انبساط سریع و تاخیر در چگالش، شرایط بخار فوق سرد خشک بوجود می آید و در نهایت با جوانه زایی و با شوک چگالش، تغییر فاز از بخار به قطره های مایع صورت می گیرد، که جریان بخار مرطوب یا دوفازی نامیده می شود. در این مقاله هدف توسعه جریان حجم محدود جیمسون مرطوب با بکارگیری مزایای روش عددی کاسپ برای اولین بار در حالت دو بعدی مورد نظر قرار گرفته است. در این مقاله معادله های حاکم بر تشکیل فاز مایع با معادله های بقایی ترکیب شده و با بکارگیری روش عددی کاسپ در روش حجم محدود جیمسون (روش تلفیقی) می توان ویژگی های مثبت هر دو روش بیان شده را همزمان در مدل سازی جریان دوفازی استفاده کرد. برای محاسبه جوانه زایی از معادله کلاسیک جوانی زایی با تصحیح مناسب و همچنین حل لاگرانژی رشد قطره ها در روش تلفیقی استفاده شده و اثر شوک چگالش در توزیع فشار و نیز اندازه قطره ها محاسبه و با داده های تجربی مقایسه شده است. با توجه به اهمیت ناحیه شوک ها در قسمت سطح مکش پره، تمرکز روش تلفیقی بیان شده به این ناحیه متمرکز شده است. نتیجه های مدل دوفازی تلفیقی در جریان های خروجی مادون صوت و مافوق صوت مورد بررسی قرار گرفته است که در منطقه شوک روی سطح مکش پره در مقایسه با داده های تجربی، روش تلفیقی حجم محدود با روش کاسپ با کاهش حدود 20 درصدی خطا های عددی، پوشش بهتری را در پیش بینی خواص جریان در ناحیه هدف نشان می دهد.
کلید واژگان: جریان بخار دوفازی, جوانه زایی, کاسپ, شوک چگالش, پره های توربینSteam flow at blade passages of low pressure steam turbines becomes a supercooled drysteam due to rapid expansion and crossing the saturation line. But after nucleation and condensation shock, phase change from vapor to liquid droplets occurs which is called two-phase or wet steam flow. In this paper, the aim of developing finite-volume flow of wet Jameson is considered for the first time in two-dimensional study by using the advantages of CUSP's numerical method. In this paper, equations governing the formation of liquid phase are combined with equations of survival and by using CUSP's numerical approach in Jameson's finite-volume method (the integrated method) the positive features of both of these methods can be simultaneously used in the modeling of two-phase flow. To calculate nucleation, the classical equation of nucleation with appropriate correction and also Lagrangian solution for growth of droplets are used in integrated method. Additionally, condensation shock effect on the pressure distribution and the droplet size has been calculated and compared with experimental data. Given the importance of areas of shocks on the suction surface of the blade, the focus of integrated method is shifted to this area. The results of integrated two-phase model are examined in subsonic and supersonic flow output. In the shock area on suction surface blade, using the CUSP's method (the integrated method) demonstrates better coverage in predicting attributes of flow in target area in comparison with the experimental data by a reduction of 20 percent in numerical errors.Keywords: Two, Phase Steam Flow, Nucleation, CUSP, Condensation Shock, Turbine -
نوسانات شدید فشار ناشی از طناب گردابه در مخروطی زیر چرخ و لوله مکش پمپ-توربین در عملکرد بار جزئی حالت توربینی، باعث ایجاد ارتعاشات شدید، سر و صدا و افت عملکرد می شود. متداول ترین روش برای کاهش این نوسانات تزریق هوا از محور توربین است. این روش دارای مشکلاتی نظیر تاثیر منفی بر بازده، هزینه زیاد و پیچیدگی فنی بالا می باشد. در این مقاله، به منظور غلبه بر این مشکلات، ایجاد شیار بر روی سطح مخروطی چرخ به منظور کاهش نوسانات و تغییرات فشار در لوله مکش و به تبع آن کاهش ارتعاشات توربین در دو حالت پمپی و توربینی مطالعه شده است. در این راستا ابتدا هندسه ی چرخ و لوله مکش بر اساس مشخصات هیدرولیکی و اطلاعات موجود از نیروگاه سیاه بیشه طراحی شده است. در ادامه میدان سه بعدی جریان با استفاده از نرم افزار Ansys CFX تحلیل و درستی نتایج با بررسی استقلال حل از شبکه و مقایسه ی با نتایج تجربی راستی آزمایی شده اند. بیشترین اختلاف بین عملکرد طراحی انجام شده و طرح واقعی کمتر از 2 درصد می باشد. نتایج نشان می دهد که ایجاد شیار بروی سطح مخروطی چرخ در حالت توربینی باعث افزایش سرعت زیر مخروطی چرخ، کاهش تغییرات فشار و همچنین کاهش مساحت نواحی کم فشار در ابتدای لوله مکش می شود. بیشترین کاهش تغییرات فشار در ایتدای لوله مکش در دو وضعیت بازشدگی پره های هادی کمتر از 60 % و بیشتر از 90% نقطه اسمی اتفاق می افتد. افزون بر این، حداکثر افت بازده در طرح اصلاح شده کمتر از 3/0 درصد بوده است.
کلید واژگان: پمپ, توربین, نوسانات فشار, شیار, مخروطی چرخ, طناب گردابهIntense pressure pulsations, which are caused by the vortex rope in the runner cone and the draft tube of pump-turbines, result in vibrations and noise under partial load conditions in turbine mode and also reduce the machine’s efficiency. The most common method for reducing these fluctuations is injecting air through the shaft. This method has some disadvantages such as, negative influence on efficiency, high cost, and technical difficulties. In the present paper, the concept of locating grooves on the conic surface of runner has been investigated. In this regard, the runner and the draft tube geometry has been designed according to the specifications and the accessible information of Siah-Bishe project. Afterwards, the 3-dimensional flow field has been solved numerically, using Ansys CFX package. The numerical results have been verified by investigating their independency from grid size and comparing the results with experimental ones. Maximum difference between the proposed and the existing design’s performance has been less than 2 percent. The results indicate that locating grooves on the conic surface of the runner results in an increase in the flow velocity beneath the runner cone. Moreover, pressure pulsations have been decreased and the low-pressure area at the beginning of the draft tube shrank. The maximum amount of decrease in pressure pulsations has been recorded in two opening positions of the guide vanes (lower than 60% and more than 90% of design point). In addition, maximum efficiency drop in the revised design has been less than 0.3 percent.Keywords: Pump, Turbine, Pressure Pulsations, Groove, Runner Cone, Vortex rope
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.