آموزش شبیه‌سازی خنک‌کاری پره‌های توربین

آموزش شبیه‌سازی خنک‌کاری پره‌های توربین

(دیدگاه کاربر 1)

500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 28 دی, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه‌سازی خنک‌کاری پره‌های توربین در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه‌سازی خنک‌کاری پره‌های توربین

مقدمه‌­ای بر توربین‌ها و خنک‌کاری آنها

توربین دستگاه مکانیکی دوار برای تولید انرژی مکانیکی با استفاده از انرژی حرارتی سیال می­‌باشد. درواقع، ساختمان توربین متشکل از یک بخش چرخان محوری و چند ردیف پره می‌­باشد که سیال دارای انرژی حرارتی و فشار بالا به پره­‌های ساکن توربین برخورد کرده و موجب به چرخش درآمدن آنها می­‌شود؛ به طوری که سیال پس از برخورد با پره‌­ها دچار افت فشار شده و انرژی حرارتی سیال را به انرژی جنبشی در پره‌­ها و محور مرکزی توربین تبدیل می‌­کند. این محور مرکزی نیز متصل به محور ژنراتور برق بوده و موجب چرخش آن و درنتیجه تولید برق می­‌شود. انواع توربین‌­ها شامل توربین بخار (برای تولید برق در نیروگاه­های حرارتی)، توربین گازی (متشکل از فن، کمپرسور و محفظه­ احتراق)، توربین آبی (به صورت تبدیل انرژی جنبشی آب جاری و یا انرژی پتانسیل ناشی از اختلاف تراز آب به انرژی دورانی) و توربین باد (برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی) می­‌باشد.

از آنجایی که توربین با تبدیل انرژی حرارتی سیال به انرژی مکانیکی کار تولید می­کند، افزایش دما و فشار اولیه‌­ی سیال موجب افزایش انرژی حرارتی سیال و درنتیجه افزایش نرخ تبدیل انرژی حرارتی به مکانیکی و درنهایت افزایش تولید کار می­شود. بنابراین، یکی از مسائل مهم مرتبط با توربین‌­ها، بررسی سیستم­های خنک­‌کاری پره­‌های توربین‌ برای افزایش بازدهی عملکرد توربین، کاهش تنش‌­های حرارتی ناشی از دمای بالا بر روی سطوح پره‌­ها و نهایتاً افزایش طول عمر پره­‌ها می‌باشد. یکی از روش­‌های رایج خنک‌­کاری در توربین‌­ها، استفاده از پره‌­های توخالی یعنی خالی کردن داخل پره­‌ها به منظور جاری کردن شاره­ یا جریان خنک‌­کننده­‌ی هوا می­‌باشد. این فرایند خنک­‌کاری از طریق حفره­‌های درونی به روش‌­های مختلفی مثل جابه‌­جایی، پاششی، لایه‌­ای و تراوشی صورت می­‌گیرد. شکل زیر نمایی از پره­‌ی توربین دارای حفره­‌ی مخصوص خنک‌­کاری را نشان می‌­دهد.

 

 

تعریف مسأله

مسأله‌­ی حاضر به شبیه­‌سازی خنک­‌کاری پره­‌های توربین می‌­پردازد. برای ساده­‌سازی مدل مسأله، با توجه به ساختار متقارنی که بدنه‌­ی توربین و پره‌­های آن دارد، فقط به شبیه‌­سازی یک پره­‌ی آن پرداخته شده است. هدف اصلی مسأله، بررسی توزیع دما و تغییرات انرژی حرارتی بر روی بدنه و پره‌­ی توربین می­‌باشد؛ از این­‌رو، روند شبیه‌­سازی مدل و تعریف شرایط مرزی مدل به گونه­‌ای می­‌باشد که بر روی رفتار سیال از نظر انتقال حرارتی تمرکز شده است. فرایند خنک‌­کاری در مدل حاضر بر اساس تعریف جریان هوای خنک در یک فضای خالی موجود در دیواره­‌های داخلی پره می‌­باشد که این دیواره‌­های داخلی دارای یک‌­سری حفره­ به منظور افزایش سطح تماس با جریان خنک و درنتیجه افزایش فرایند خنک‌­کاری می‌­باشد. بنابراین، از شرط مرزی انتقال حرارت جابه‌­جایی بر روی سطوح دیواره­‌های خارجی و داخلی پره استفاده شده است؛ بدین صورت که سطح خارجی پره و بدنه‌­ی زیرین آن که تحت جریان هوای داغ محیط کاری سیستم می‌­باشند، دارای ضریب انتقال حرارت جابه­‌جایی 200 وات‌بر‌مترمکعب‌­کلوین و تحت دمای 1672 کلوین جریان داغ محیط می­‌باشند و سطح داخلی پره که تحت جریان هوای سرد مخصوص خنک‌­کاری می‌­باشد، دارای ضریب انتقال حرارت جابه­‌جایی 200 وات‌بر‌مترمکعب­‌کلوین و تحت دمای 300 کلوین جریان سرد می‌­باشد.

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه‌­بندی

مدل حاضر به صورت سه­ بعدی و با استفاده از نرم­افزار catia ترسیم شده و سپس به نرم‌­افزار design modeler وارد شده است. ساختار هندسی مدل از یک تکه پره‌­ی توربین تشکیل شده است که شامل بدنه­‌ی پره­‌ با زاویه­‌ی انحنای مشخص و سطح مقطع ایرفویلی، دیواره‌­ی داخلی با فضا و منافذ معین و بدنه­‌ی پایه­‌ی مرکزی زیر پره می‌­باشد. درواقع برای ساده­‌سازی مسأله، به دلیل وجود تقارن بین پره‌­ها، فقط مدلسازی برای یک پره انجام گرفته است. شکل زیر نمایی از هندسه­‌ی ترسیمی را نشان می­‌دهد.

 

 

شبکه­‌بندی مدل حاضر با استفاده از نرم‌­افزار ansys meshing انجام گرفته است. مش‌­بندی به صورت بدون سازمان بوده و تعداد شبکه­‌های تولیدی معادل 10154723 می­باشد. اندازه­‌ی شبکه‌­ها در نواحی مجاور حفره­‌های داخلی پره‌­ها ریزتر و دارای دقت بالاتر می­‌باشد. شکل زیر نمایی از شبکه‌­بندی انجام گرفته را نشان می‌دهد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه‌­سازی

برای شبیه­‌سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­‌سازی مبتنی بر فشار (pressure-based) انجام گرفته است.
  • شبیه‌­سازی در هر دو حالت سیالاتی و حرارتی انجام گرفته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­‌باشد؛ یعنی ترم زمان در حل مسأله لحاظ نشده است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال در نظر گرفته نشده است.

 

خلاصه‌­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو­بعدی و سه­‌بعدی دما در فضای بین دیواره‌­ی خارجی پره (در تماس با جریان داغ) و دیواره‌­ی داخلی پره (در تماس با جریان خنک­‌کن) به دست آمده است. همچنین مقدار ضریب انتقال حرارت بر روی دیواره­‌های داخلی و خارجی پره و پایه­‌ی پره به دست آمده است. کانتورهای دو بعدی در مقطع xoz در فاصله‌­های مختلف 0.004 ، 0.016 ، 0.028 و 0.04 متری از سطح رویی پایه­‌ی پره و همچنین در مقطع xoy در فاصله­های مختلف ترسیم شده­‌اند. نتایج حاصل در شکل­‌های زیر نشان داده شده‌­اند.

 

 

 

 

 

 

 

1 دیدگاه برای آموزش شبیه‌سازی خنک‌کاری پره‌های توربین

  1. asal davari

    مدلسازی هندسه توربین باید سخت باشه

افزودن دیدگاه