Ardışık (TANDEM) kanatlı radyal kompresörün optimizasyonu ve analizi
Küçük Resim Yok
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İnönü Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Santrifüj kompresörler küçük gaz türbinlerinin kullanıldığı havacılıkla ilgili uygulamalarda, turbosarjlarda, gaz ve petrol endüstrilerinde oldukça sık kullanılmaktadırlar. Günümüzde de çok popüler olan insansız hava araçlarında oldukça yaygın olarak kullanılan bu sistemler, yüksek basınç sıkıştırma oranı ve kolay imal edilebilmesi sebebiyle tercih edilmekte ancak düşük verimleri ve kötü çalışma aralığı sebebiyle geliştirilmeye açık bir alan olarak görülmektedir. Santrifüj kompresörlerin performanslarının iyileştirilmesi amacıyla her ne kadar ortaya birçok fikir konulmuş ve çalışmalar gerçekleştirilmiş ise de akışkan kontrolünü ekstra bir hava yapılandırmasına ihtiyaç duymayan, ardışık kanatlı radyal kompresörler en çok ilgi göreni olmuştur. Bu çalışmada, radyal kompresörün basınç oranını artırmaya yönelik geometri optimizasyonu ve farklı tasarımların hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerin sayısal doğruluğundan emin olmak için literatürde deneysel sonuçları mevcut olan bir radyal kompresör baz alınmış ve kompresörün tasarımı gerçekleştirilip sayısal analiz sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen sayısal analiz sonuçları ile literatürdeki deneysel sonuçların uyumlu olduğu görülerek ardışık kanatlı radyal kompresörün tasarımına geçilmiştir. Sayısal analiz sonuçları dikkate alınarak radyal kompresöre ait geometrik veriler parametrik hale getirilerek giriş verileri ile çıkış verileri arasındaki ilişkiler tespit edilmiş ve yorumlanmıştır. Bu bilgiler ve yorumlar ışığında matematiksel algoritmalar kullanılarak optimum ardışık kanatlı radyal kompresöre ait geometriler elde edilmiş ve optimum tasarımın sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Optimum ardışık kanatlı radyal kompresör ile ardışık kanatlı radyal kompresör ve geleneksel kanatlı radyal kompresör arasındaki ilişki incelenerek yorumlanmıştır. Elde edilen sonuçlar ve geometrik analizler doğrultusunda, optimum ardışık kanatlı tasarımın geleneksel kanatlı tasarıma kıyasla ortalama %5.71 oranında daha yüksek performans sergilediği, ayrıca standart ardışık kanatlı tasarıma göre ise %0.3 oranında daha üstün performans gösterdiği belirlenmiştir.
Centrifugal compressors are frequently used in aviation applications where small gas turbines are used, in turbochargers, and in the gas and oil industries. These systems, which are widely used in unmanned aerial vehicles, which are very popular today, are preferred due to their high pressure compression ratio and easy manufacturing, but are seen as an area open to development due to their low efficiency and poor operating range. Although many ideas have been put forward and studies have been carried out to improve the performance of centrifugal compressors, the tandem blade radial compressors, which do not require an additional air configuration for fluid control, have been the most popular. In this study, geometry optimization to increase the pressure ratio of the radial compressor and computational fluid dynamics (CFD) analyses of different designs were performed. In order to ensure the numerical accuracy of the analyses, a radial compressor with experimental results in the literature was taken as a basis and the compressor design was carried out and numerical analysis results were obtained. Seeing that the numerical analysis results obtained were compatible with the experimental results in the literature, the tandem blade radial compressor design was started. Considering the numerical analysis results, the geometric data of the radial compressor were parametricized and the relationships between the input data and output data were determined and interpreted. In the light of this information and interpretations, the geometries of the optimum tandem blade radial compressor were obtained using mathematical algorithms and the numerical analyses of the optimum design were performed. The relationship between optimum tandem blade radial compressor, tandem blade radial compressor and conventional blade radial compressor is investigated and interpreted. Based on the obtained results and geometric analysis, it has been determined that the optimum tandem-blade design exhibited an average of %5.71 higher performance compared to the convetional blade design and %0.3 superior performance compared to the standart tandem-blade design.
Centrifugal compressors are frequently used in aviation applications where small gas turbines are used, in turbochargers, and in the gas and oil industries. These systems, which are widely used in unmanned aerial vehicles, which are very popular today, are preferred due to their high pressure compression ratio and easy manufacturing, but are seen as an area open to development due to their low efficiency and poor operating range. Although many ideas have been put forward and studies have been carried out to improve the performance of centrifugal compressors, the tandem blade radial compressors, which do not require an additional air configuration for fluid control, have been the most popular. In this study, geometry optimization to increase the pressure ratio of the radial compressor and computational fluid dynamics (CFD) analyses of different designs were performed. In order to ensure the numerical accuracy of the analyses, a radial compressor with experimental results in the literature was taken as a basis and the compressor design was carried out and numerical analysis results were obtained. Seeing that the numerical analysis results obtained were compatible with the experimental results in the literature, the tandem blade radial compressor design was started. Considering the numerical analysis results, the geometric data of the radial compressor were parametricized and the relationships between the input data and output data were determined and interpreted. In the light of this information and interpretations, the geometries of the optimum tandem blade radial compressor were obtained using mathematical algorithms and the numerical analyses of the optimum design were performed. The relationship between optimum tandem blade radial compressor, tandem blade radial compressor and conventional blade radial compressor is investigated and interpreted. Based on the obtained results and geometric analysis, it has been determined that the optimum tandem-blade design exhibited an average of %5.71 higher performance compared to the convetional blade design and %0.3 superior performance compared to the standart tandem-blade design.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
