مطالعه عددی رفتار ناپایداری آیروالاستیک پره های رتور کمپرسور گذرصوتی ناسا 37

ارتعاشات ناشی از جریان در توربوماشین های گذرصوتی از جمله موضوعات مهم و چالش برانگیز این حوزه می باشد. رفتارهای آیروالاستیک پره ها علاوه بر ناپایداری های آیروالاستیک می تواند منجر به خرابی پره ها، ناپایداری جریان و یا کاهش راندمان مجموعه شود. برای مطالعه هر رفتار آیروالاستیک، ابتدا باید رفتار آیرودینامیک مجموعه بررسی شود. هدف این مقاله بررسی رفتار و حدود ناپایداری آیروالاستیک در یک توربوماشین منتخب می باشد. به این منظور، ابتدا جریان گذرصوتی در رتور کمپرسور ناسا 37 بوسیله نرم افزار سی. اف. ایکس. شبیه سازی و راستی آزمایی می شود. سپس، با استفاده از ارتعاش اجباری پره ها در زاویه های فاز بین پره مشخص، پایداری آیروالاستیک پره رتور در سه نقطه طراحی، نزدیک استال و استال بررسی می شود. برای کاهش تعداد نقاط شبکه و در نتیجه زمان محاسبات، از شرط مرزی فاز تاخیری و روش تبدیل فوریه استفاده شده است. همچنین، در این تحقیق، الگوریتم شبکه بندی همزمان سازه و سیال و الگوریتم حل برهمکنش سازه-سیال توربوماشین ها در ارتعاش اجباری سازه، با جزئیات کامل تدوین و معرفی شده است. بکارگیری روش تبدیل فوریه در نرم افزار سی. اف. ایکس. برای شبیه سازی آیروالاستیک از دیگر نوآوری های این مقاله است. در این پژوهش، اندازه زاویه فاز بین پره بحرانی که مستقل از شرایط کارکرد رتور می باشد، بدست آمده است. شبیه سازی های آیروالاستیک رتور ناسا 37 بیانگر ناپایداری آیروالاستیک این رتور در شریط استال می باشد. در این شرایط آنتروپی جریان به شدت نسبت به شرایط طراحی و نزدیک استال افزایش می یابد. سطح فشار پره، نقش بیشتری در ناپایداری آیروالاستیک استال داشته و در فاز طراحی مجدد باید به آن توجه ویژه شود.