تحليل عددي و بهينه سازي فلاتر پره هاي توربين شعاعي توربوشارژر

كارشناسي ارشد

در موتورهاي امروزي جهت كاهش مصرف سوخت و آلودگي از روش هاي كوچك سازي موتور استفاده مي شود. توربوشارژينگ يكي از روش هاي كوچك سازي مي باشد. روش هاي افزايش راندمان توربوشارژر در طراحي هاي اخير منجر به كاهش وزن و نتيجتا نازك شدن پره ها و افزايش بار پره ها شده است كه هر دو عاملي براي افزايش احتمال شكست پره ها، تحت خستگي بارهاي آيروديناميكي مي شود. در اين مطالعه ناپايداري ديناميكي آيروالاستيك به نام فلاتر كه يك تحريك خود به خودي ناشي از برهم كنش سازه و سيال مي باشد، مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراين مسئله ي اصلي مطرح شده در اين مطالعه ، تحليل پديده ي فلاتر در پره هاي راديال(شعاعي) توربين هاي توربوشارژر به صورت عددي و اعتبارسنجي نتايج با نتايج موجود مي باشد. تحليل فلاتر در دامنه فركانسي انجام شده و اثر پايداركنندگي سيال بر ارتعاش پره ها بررسي شده است. معادلات مربوط به پايداري از ديدگاه رياضي ارائه مي شود و مفاهيم پايداري استخراج شده است. سپس با استفاده از نرم افزار ANSYS مدل سازي انجام گرفته و محاسبات ارتعاشي در حالت هاي پايا و ناپايا انجام شده و پاسخ سيال به ارتعاشات پره در سه حالت خمش محوري، خمش محيطي و پيچشي بررسي گرديده است كه با توجه به تحليل مودها، مود بحراني مود پنجم در نظر گرفته شده كه داراي فركانس بحراني 186/87 هرتز بوده و در سرعت بحراني 12009 دور بر دقيقه مي باشد. همچنين براي تحليل فلاتر دو آزمون وجود دارد كه يكي بر اساس تغييرات متعدد در عوامل تاثيرگذار بر ناپايداري مانند سرعت جريان يا زاويه حمله است و ديگري پره ها تحت شكل مود و فركانس مشخص به ارتعاش در آمده و پاسخ جريان اندازه گيري مي شود كه عملا به صورت روش ضرائب تاثير و مود موج متحرك در نظر گرفته مي شود. در اين مطالعه از هر دو روش جهت آزمون فلاتر استفاده شده است. در انتها به بهينه سازي پرداخته شده و ممان اينرسي و مركز جرم پره به عنوان پارامتر بهينه سازي انتخاب گرديده و نقاط بهينه پديده فلاتر تشخيص داده شده اند كه نشان داده شده با تغيير اين نقاط مي توان سرعت بحراني فلاتر را تا اندازه ي 12001 دور بر دقيقه كاهش داد.

210851

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندس خودرو-قواي محركه

دكتر محمد حسن شجاعي فرد