Axial compressör and turbine stage design using throughflold and blade-to-blade codes

Abstract

oz KANAL AKIŞ VE PALELER ARASI AKIŞ KODLARI KULLANARAK EKSENEL AKIŞLI KOMPRESÖR VE TÜRBİN KADEME TASARIMI Gönç, L. Oktay Yüksek Lisans, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Ahmet Ş. Üçer Eylül 1998, 132 sayfa Bu çalışmada eksenel turbomakina kademe tasannu için tam bağlantılı yaklaşık-üç boyutlu tasarım ve analiz sistemi kurulmuştur. Sistem öntasarım programlan, kanal akış çözücüsü ve paleler arası akış çözücüsünden oluşmaktadır. Ön tasanm ve kanal akış çözümleri için önceden geliştirilmiş programlar kullanılmıştır. Bu çalışmanın esas amacı viskoz kanal akış ve paleler arası akış hesaplamalan arasında akış kayıplannı da kullanarak birleştirici prosedürler geliştirmektir. Çok kullanılan bir yaklaşık üç boyutlu Navier Stokes programıincelenmiş ve bu çalışmanın paleler arası çözücüsü olarak adapte edilmiştir. Paleler arası için ince katman Navier Stokes denklemleri kanal akış programının sonucu olan akış çizgileri arası mesafe ve yarıçap değişimi ilave edilerek körvilineer koordinat sisteminde yazılmıştır. Sonuçta elde edilen denklemler çok kademeli zamanda ilerleyen Runge-Kutta tekniği ile çözülmüştür. Paleler arası hesaplamaların sonuçlan, yani entropi artışı ve akış sapması verileri daha önce empirik formülleri kullanan kanal akış programına tekrar girilmiştir. Bu iteratif yöntem kanal akış programının sonuçlan arasında değişiklik gözlenemeyinceye kadar devam etmiştir. Tüm tasarım sisteminin kapasitesinin simule edilebilmesi için sistem J85-GE-13 kompresöründe denenmiştir. Daha sonra kanal akış ve paleler arası akışın birleştirilmesinin doğrulanması için DLR türbin kullanılmıştır. Sonuçlar tatmin edici çıkmıştır. Anahtar sözcükler: Yaklaşık-Üç Boyutlu Tasanm Sistemi, Kanal Akış Analizi, Paleler Arası Akış Analizi, Çok Kademeli Runge-Kutta Tekniği vı

ABSTRACT AXIAL COMPRESSOR AND TURBINE STAGE DESIGN USING THROUGH-FLOW AND BLADE-TO-BLADE CODES Gönç, L. Oktay M.S., Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ahmet Ş. Üçer September 1998, 132 pages A folly coupled, Quasi-Three Dimensional (Q-3D) design and analysis system is constructed for the design of axial turbomachinery stage. The system is composed of preliminary design codes, throughflow code and blade-to-blade code. Predeveloped codes are used for preliminary design and throughflow analysis calculations. Main emphasis of the study is developing coupling procedures between viscous blade-to-blade calculations and throughflow calculations with losses. A widely used Q-3D Navier Stokes code is analyzed and adopted as the blade-to-blade solver of this study. Governing thin layer Navier Stokes equations for blade-to-blade calculations are written on a curvilinear coordinate system introducing the Q-3D meffects of streamtube thickness and radius variation coming from throughflow calculations. The resulting sets of equations are solved using a multistage explicit Runge-Kutta scheme. The results of blade-to-blade calculations namely entropy increase and deviation data are fed into throughflow calculations, which have used empirical loss and deviation formulae before. An iterative procedure goes on until no change in throughflow calculations is observed. The design system is tested with J85-GE-13 Compressor to simulate the capability of the whole system. Then DLR Turbine cascade is used in order to verify the results of throughflow and blade-to- blade coupling. The results came out to be satisfactory. Keywords: Quasi-Three Dimensional Design System, Throughflow Analysis, Blade- To-Blade Analysis, Multistage Explicit Runge-Kutta Scheme IV