کمپرسور چند مرحله ای با 2 روتور و 2 ردیف استاتور، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

کمپرسور چند مرحله ای با 2 روتور و 2 ردیف استاتور

در این پروژه به شبیه سازی کمپرسور چند مرحله ای با 2 روتور و 2 ردیف استاتور با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

 کمپرسور طراحی شده در این شبیه سازی از نوع محوری بوده و از چهار ردیف شامل دو ردیف استاتور و دو ردیف روتور تشکیل شده است. به طور کلی کمپرسورهای جریان محوری کمپرسورهایی هستند که جریان هوای آنها موازی با محور چرخش است. کمپرسورهای محوری از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: روتور و استاتور. روتورها ردیف هایی هستند که به محور مرکزی متصل می شوند و با سرعت بسیار بالایی حول محور مرکزی کمپرسور می چرخند. از سوی دیگر، استاتورها ثابت و بدون ردیف چرخش هستند. وظیفه اصلی روتورها اعمال گشتاور به جریان هوا و شتاب دادن به هوا از طریق حرکت چرخشی است. وظیفه اصلی استاتورها افزایش فشار هوا و جلوگیری از حرکت مارپیچی آن حول محور طولی با یکسان کردن جریان موازی با محور طولی کمپرسور است. به عبارت دیگر، استاتورها انرژی جنبشی افزایش یافته داخل کمپرسور را به فشار ساکن تبدیل کرده و جهت حرکت هوا را تغییر می دهند تا جریان هوا برای ورود به روتور بعدی آماده شود. این شبیه سازی دو ناحیه به نام استاتور و دو ناحیه به نام روتور را از هم متمایز می کند.

مدل حاضر با استفاده از نرم افزار ANSYS Design Modeler به صورت دو بعدی طراحی شده است. این مدل شامل دو ردیف روتور و دو ردیف استاتور است. هر ردیف استاتور یا روتور از 22 تیغه با سطح مقطع ایرفویل تشکیل شده است. پره های روتور دارای انحراف هستند، اما تیغه های استاتور افقی و بدون انحراف هستند. با توجه به ساختار کاملاً متقارن این هندسه و برای کاهش هزینه محاسباتی، از هر ردیف استاتور و روتور تنها یک تیغه طراحی شده و برای سطوح جانبی آن از شرایط مرزی دوره ای استفاده شده است. سپس مدل توسط نرم افزار ANSYS Meshing مش بندی شده است. مش مدل بدون ساختار است و از 972354 سلول ایجاد شده است.

روش های استفاده شده

در این شبیه سازی مقطع استاتور ایستا بوده و تمام دیوارهای آن به صورت دیوارهای ثابت تعریف می شوند. اما مقطع روتور با استفاده از روش Frame Motion در شرایط زون سلولی به عنوان ناحیه متحرک تعریف می شود و تمامی دیوارهای مربوط به این بخش نیز متحرک هستند. بنابراین یک حرکت چرخشی با سرعت چرخشی 25000 دور در دقیقه برای جریان هوا در ناحیه روتور تعریف می شود. همچنین از آنجایی که ماهیت برجسته مدل به تغییرات فشار مربوط می شود، از شرایط مرزی فشار در ورودی و خروجی استفاده می شود.

نتایج شبیه سازی کمپرسور چند مرحله ای

پس از شبیه سازی، کانتور های دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار، سرعت، انرژی جنبشی آشفتگی و گرادیان فشار به دست می آید. همچنین مسیرهای جریان هوا در داخل کمپرسور به صورت سه بعدی به دست می آید. همچنین خطوط فشار و کشش دیوار بر روی بدنه تیغه ها، قسمت مرکزی روتور و روتور استاتور به دست آمده است. نتایج نشان می‌دهد که فشار جریان هوا در جهت حرکت جریان هوای افقی موازی با محور مرکزی کمپرسور افزایش می‌یابد. همچنین خطوط مسیر حرکت چرخشی اطراف روتورها و استاتورها را به خوبی نشان می دهد.