ژانویه 15, 2021

توسط نرم افزار


3%
kpa340/41-
300 k
فشار خروجی ثانویه (مجرای فعال)


300 k
فشار خروجی ثانویه (مجرای غیر فعال)

2%
300 k
فشار خروجی (حجم کنترل)
در شرایط مرزی فوق درجه حرارت یا فشار استاتیک سیال در هنگام ورود به نازل با استفاده از اطلاعات مربوط به کار مشابهی که در این زمینه به روش سیالی جریان همراستا بر روی این هندسه صورت گرفته بود استفاده شده است. در اطلاعات مربوط به روش جریان همراستا درجه حرارت یا فشار استاتیک سیال در هنگام ورود به نازل با کمک نرمافزار ویژه تخمین عملکرد موتور محاسبه گردیده است. این نرمافزار توربومَچ نام دارد [57]. در آن مطالعه با بررسی های انجام شده توسط نرم افزار توربومَچ، خواص گازهای خروجی از توربین گاز که همان جریان ورودی به شیپوره جهتدهی است در شرایط کاری مختلف موتور محاسبه گردیده اند [24].
شرط مرزی دیواره به منظور محصور کردن جریان سیال توسط سطوح جامد می باشد، که در این مسئله از دیواره های نازل برای این منظور استفاده گردیده است. تنش برشی و انتقال حرارت بین سیال و دیواره دو خاصیتی هستند که با استفاده از جزئیات جریان سیال در ناحیه جریان محلی محاسبه می شوند و در حل برای این شرط مرزی اهمیت بسیاری دارند. در این مسئله برای دیواره های نازل از شرط عدم لغزش و عایق نیز استفاده شده و ثابت زبری معادل 5/0 برای آن درنظر گرفته شده است.
در این مسئله ابتدا با یک فرض مناسب، از هوای خالص به عنوان سیال کاری برای شروع به کار استفاده شده است و سپس برای حل، در ابتدای کار خواص حرارتی هوا ثابت در نظر گرفته شده است، و این عمل با توجه به محدوده دما و سرعتی که در این مسئله مطرح است، امری صحیح می باشد. با توجه به اختلاف دما بین جریان اولیه و ثانویه، از تأثیر تغییرات چگالی برای افزایش دقت حل استفاده شده است. با این وجود از همان مقادیر از پیش تنظیم شده برای هوا در نرم افزار فلوئنت برای خواص سیال کاری مورد نظر به کارگیری شده است. در این مسئله به منظور حل دقیق تر، همگرایی بهتر و سریع تر و به عنوان یک تکنیک حل در ابتدای کار جریان سیال به صورت تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شود و حل مسئله آغاز می شود بدین صورت فارغ از معادله انرژی، شرایط خوبی در معادلات ممنتوم و پیوستگی بدست می آید، سپس بعد از گذشت زمانی معین از شروع حل و بدست آمدن همگرایی کافی، چگالی را در سیال کاری از حالت ثابت به حالت گاز کامل تغییر می‌دهیم تا در ادامه اثرات تغییر چگالی ناشی از دما را بر رفتار جریان بهتر مشاهده کنیم. در این جریان تراکم پذیری ناشی از ماخ به دلیل اینکه جریان در محدوده سرعت پایین است مشاهده نمی شود.
روش حل عددی
در این تحقیق، یک شبیه سازی عددی سه بعدی با استفاده از یک کد حجم محدود مرکزی برای حل معادلات ناویراستوکس با فرض بقاءجرم، مومنتوم و انرژی برای یک گاز کامل استفاده شده است. در این کد همان طور که قبلاً هم توضیح داده شده، مدل آشفتگی دو معادله ای معتبر k-ε استاندارد برای پیش بینی دقیق جریان های پیشرانش همراه با اختلاط، نواحی جدا شده جریان، جریان هایی با چرخش مجدد و لایه های برشی جریان به کار برده شده است. در الگوریتم انتخاب شده در این روش عددی، از یک حل کننده تفکیکی به دلیل زیاد بودن تعداد سلول ها در این شبکه بندی استفاده شده است. حل کننده کوپل به علت حجم بالای معادلاتی که همزمان باید حل شوند و کامپیوتر را دچار کمبود حافظه خواهند کرد، انتخاب نشده است. الگوریتم های مربوط به این دو نوع تحلیلگر در پیوست (ب) آورده شده است. در گسسته سازی معادلات مومنتوم از روش بالادست مرتبه دوم برای ترم های جابه جایی و از روش اختلاف مرکزی مرتبه دوم نیز برای ترم های لزجی بهره گیری شده است. همچنین برای گسسته سازی معادله انرژی روش بالادست مرتبه دوم نیز برگزیده شده است. نوع گسسته سازی معادلات در مورد فشار از نوع، استاندارد و برای کوپل سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل استفاده شده است. ضرایب مادون رهاییدر کیفیت همگرایی مسئله تاثیر به سزایی دارند و درجاهایی که مشکل همگرایی وجود داشت با تغییر این ضرایب این مشکل برطرف گردید. به دلیل افزایش سرعت همگرایی، کاهش زمان محاسباتی و همچنین کاهش خطای حل در نقاطی که جهت جریان با شبکه همراستا نیست، از این استراتژی حل استفاده شده است. تنظیمات مربوط به نرم افزار فلوئنت در پیوست (ج) آورده شده است.
روش تحلیلی جهت دهی سیالی به روش جریان غیر همراستا
به منظور درک بهتر مشخصه های عملکردی و تحلیل بهتر این پدیده در نازل سیالی جریان غیرهمراستا از دو روش نوین توسعه یافته در این مطالعه استفاده شده است. ابتدا در روش اول با استفاده از تحلیل یک حجم کنترل و مطابق با قوانین مومنتوم خطی روابط ساده شده‌ای توسعه داده شده است، که این روابط در پیش بینی عملکرد جهت دهی بردار نیروی پیشران مبنی بر پارامترهای هندسی و سیالی جریان بسیار مطلوب می باشد. در روش دوم، تحلیل این پدیده از طریق معادلات حرکت جریان بر روی یک دیواره موج دار و سپس بسط این معادلات بر روی شیپوره واگرا تحقق پیدا کرده است. از این روش برای اعتبار سنجی، نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی استفاده شده است.
تحلیل حجم کنترل
در جهت دهی بردار نیروی پیشران به روش سیالی جریان غیر همراستا به دلیل وجود جریان ثانویه در جهت معکوس با جریان اولیه، لایه های برشی جریان مخالف کاملاً آمیخته شده و طبق قانون تأثیر کواندا و در اثر ایجاد اختلاف فشار، جریان ثانویه
تمایل به پیمودن سطح محدبی را دارد که از روی آن عبور می‌کند و این عمل نیز سبب کشیده شدن جریان اصلی به سمت سطح محدب می گردد و در نتیجه باعث جهت دهی جریان اصلی می شود. حال به منظور درک بهتر این پدیده، حجم کنترلی مطابق ‏شکل (3-10) برای این مجموعه نازل سیالی در نظر گرفته شده است و سپس با در نظر گرفتن فرضیاتی، قوانین مومنتوم خطی برای این حجم کنترل توسعه داده شده است.