Aktif ve pasif kontrol yöntemlerinin radyal kompresör performansı üzerindeki etkilerinin sayısal incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Doktora tezi kapsamında bir radyal kompresör geometrisi üzerinde aktif ve pasif akış kontrol yöntemleri HAD yöntemi ile incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Uygulanan akış kontrolü çalışmalarının radyal kompresörlerin performans, verim ve operasyon aralıkları üzerine olan etkileri farklı kompresör çalışma durumlarında modellenmiştir. Çalışmalarda UTRC'nin NASA kontratı ile geliştirdiği, ürettiği ve testlerini gerçekleştirdiği açık kaynaklı HECC geometrisi üzerinde çalışılmıştır. UTRC tarafından hazırlanan raporda HECC geometrisinin koordinatları kullanılarak geometri tekrar oluşturulmuştur. HECC geometrisi çark, yayıcı ve çıkış yönlendiricisi olmak üzere üç kanat sırasına sahiptir. Oluşturulan geometri üzerinde farklı çözüm ağı yoğunlukları, farklı zaman adımları ve farklı türbülans modelleri test edilerek deneysel çalışmalar ile modellemeler arasındaki farklar karşılaştırılmıştır. İdeal modelleme koşulları bulunduktan sonra kompresörün farklı çalışma şartlarında analizleri gerçekleştirilmiştir. Kompresör çalışma eğrilerinin çıkartılmasından sonra akış kontrolü çalışmalarında kullanılmak üzere kompresörün stola girdiği debi ve bir çalışma debisi belirlenmiştir. Kompresör üzerinde gerçekleştirilen akış kontrol çalışmaları üç ana başlıkta yapılmıştır. Bunlar akışkan bazlı aktif akış kontrolü, değişken açılı kanat çalışması ve kompresör davlumbaz iyileştirme çalışmalarıdır. Kompresör üzerinde gerçekleştirilecek olan aktif akış çalışmasına başlamadan önce kontrol edilmek istenen kompresör çalışma durumlarındaki akış yapıları incelenerek akışkan bazlı aktüatörlerin konumları belirlenmiştir. Bu bölümde yayıcı ve çıkış yönlendirici kanatları üzerinde belirlenen aktüatörlerin çapları, debileri, emme veya üfleme yapmaları parametrik olarak incelenmiştir. Emme akış kontrolü yönteminin kompresör üstünde hem stol durumunda hem çalışma durumunda faydalı olduğu görülmüştür. Değişken açılı kanat çalışması ana ve yardımcı yayıcı kanatları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yayıcı kanatları merkez noktalarından artı ve eksi 5° arasında döndürülerek farklı kanat açılarının etkisi incelenmiştir. Yayıcı kanatları eksi dereceye çevirmek akış alanını daraltmakta, kanatları artı derecede çevirmek akış alanını genişletmektedir. Beklenildiği üzere kanatlar eksi derecedeyken kompresör daha düşük debilerde, artı derecedeyken daha yüksek debilerde çalışma performansı artış göstermektedir. Diğer yöntemler ile karşılaştırıldığında değişken açılı kanat kullanımı en iyi performansı ve verimi sağlamasa da kompresör operasyon aralığını en fazla artıran yöntem olmuştur. En son olarak davlumbaz üzerinde iyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu bölümde ilk bir geri dönüş kanalı tasarımı gerçekleştirilmiş ve modellemesi yapılmıştır. Yapılan analiz çalışmalarında kompresörün stol durumundaki akış yapısının geri dönüş kanalına uygun olmadığı anlaşılmıştır. Bu yüzden bir başka davlumbaz iyileştirme yöntemi olan yiv eklentisi denemeleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalarda davlumbaz üzerinde oluşturulan yiv eklentilerinin yüksekliği, konumları, sayıları ve aralarındaki mesafe parametrik olarak değiştirilerek kompresör performansı üzerindeki etkileri karşılaştırılmıştır. Stol durumunda iyi performans gösteren yiv eklentileri kompresör daha yüksek debide çalışmaya başladığında avantajını kaybetmekte ve mevcut durumun daha altında kalan bir performans göstermektedir. En son bölümde denemeleri yapılan akış kontrol yöntemleri birbirleri ile karşılaştırılmış ve öneriler yapılmıştır.