چكيده

در نگاه اول شبیه‌سازی یک مرحله (Stage) کامل از کمپرسور محوری که شامل یک ردیف پره روتور و یک ردیف پره استاتور است، پیچیده به نظر می‌رسد. ولی با استفاده از قابلیت مش‌های لغزنده و شرط مرزی تناوبی (Periodic) در فلوئنت، این مسئله امکان‌پذیر است. معمولا تحلیل توربوماشین‌ها شامل بررسی تاثیرات گذرای (Transient) حاصل از تداخل جریان بین اجزای ثابت و پره‌های چرخان می‌شود. در این خودآموز قابلیت مش لغزنده فلوئنت استفاده می‌شود تا جریان گذرا در یک مرحله از کمپرسور محوری تحلیل شود. با فراهم کردن امکان چرخش مش پره روتور نسبت به مش ساکن پره استاتور، تداخل روتور-استاتور مدل‌سازی می‌شود.

برای ایجاد ارتباط بین نواحی ساکن و چرخان در توربوماشین‌ها، استفاده از GTI (General Turbo Interfaces) توصیه می‌شود که در خودآموزهای آینده بررسی خواهد شد. این خودآموز یک روش دیگر را برای این کار نشان می‌دهد که استفاده از سطح مشترک تکراری تناوبی (Periodic Repeat Interface) است. با آن‌که این خودآموز برای یک توربوماشین است، ولی روند ذکرشده در آن برای سایر کاربردهایی که در آن نیاز به ایجاد ارتباط بین نواحی ساکن و چرخان (Pitch Rotating) است، قابل استفاده است.

این خودآموز به شما یاد می‌دهد که چگونه:

♦ نواحی تناوبی (Periodic Zones) ایجاد کنید،

♦ تنظیمات حل‌گر (Solver) گذرا، شرایط Cell Zone و شرایط مرزی را برای شبیه‌سازی مش لغزنده انجام دهید،

♦ سطوح مشترک مش (Mesh Interface) برای مدل‌سازی مش لغزنده تناوبی ایجاد کنید،

♦ از رابط کاربری متنی (Text User Interface) استفاده کنید،

♦ با استفاده از اطلاعات وابسته به زمان، فرکانس غالب نوسانات را محاسبه کنید.

واژه‌های کلیدی

کمپرسور محوری، مش‌های لغزنده، شرط تناوبی، حل گذرا، سطح مشترک مش (Mesh Interface)، تحلیل فرکانسی با استفاده از FFT

پیش‌نیازها

در این خودآموز فرض می‌شود که شما یک یا چند خودآموز مقدماتی مانند خودآموز شماره ۱ با نام «راهنمای استفاده از فلوئنت در محیط ورک‌بنچ با حل جریان سیال و انتقال حرارت در یک زانویی مخلوط‌کننده» را مطالعه کرده‌اید و با محیط گرافیکی فلوئنت شامل نمودار درختی و منوهای آن آشنا هستید. بعضی مراحل مربوط به تنظیمات حل به‌صورت صریح نشان داده نخواهند شد.

شرح مسئله

در شکل زیر شماتیک مسئله‌ای که قرار است در این خودآموز شبیه‌سازی شود، نشان داده شده است. این شکل یک کمپرسور محوری تک‌مرحله‌ای شامل دو ردیف پره است. ردیف اول شامل ۱۶ پره روتور می‌شود که با سرعت دورانی rpm ۳۷۵۰۰ در حال چرخش هستند. ردیف دوم شامل ۳۲ پره استاتور می‌شود. تعداد پره‌ها به نحوی است که دامنه از منظر دورانی تناوبی (با زاویه تناوبی ۲۲٫۵ درجه) است. بنابراین به‌جای کل کمپرسور می‌توان قسمتی از آن را که شامل یک پره روتور و دو پره استاتور می‌شود، شبیه‌سازی کرد. به علت عدد رینولدز زیاد جریان و مش تقریبا درشت استفاده‌شده در این مسئله (تعداد کل سلول‌ها ۱۳۸۵۶ است)، جریان به‌صورت غیرلزج شبیه‌سازی خواهد شد و در حقیقت فلوئنت از حل معادلات اویلر استفاده خواهد کرد.