Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Design, Optimization and Evaluation of a Transonic Aeroelastic Rig

Tid: Fr 2021-05-28 kl 09.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/67358883340, Stockholm (English)

Ämnesområde: Energiteknik

Respondent: Simeng Tian , Energiteknik, HPT

Opponent: Professor Dieter Peitsch, Technische Universität Berlin

Handledare: Andrew R. Martin, Kraft- och värmeteknologi, Energiteknik; Dr. Mauricio Gutierrez Salas, Energiteknik

Exportera till kalender

Abstract

Kompressorn är en av de viktigaste komponenterna i en modern turbomaskin. Den påverkas av vibrationer som utan noggrann design kan skada dess strukturella integritet och kan leda till maskinskador. På grund av det icke-stationära flödet hos kompressorer, som beskrivas som transsoniskt med höga aerodynamiskt last, är bladen benägna att utsättas för högcyklisk utmattning. Utvärderingar som belyser påtvingad respons behövs för att kvantifiera vibrationsamplituder vid resonans och att bestämma spänningarna för möjliga HCF-fel. Resonans uppstår nar bladets egenfrekvens exciteras av en extern kraft. Vid vissa frekvenser kommer resonans att ha en stark påverkan på kompressorbladets prestanda. Inom analysen av påtvingad respons är aerodynamiska dämpning en viktig beräkningsparameter. Det finns olika modeller och numeriska metoder för att prediktera dämpning. Däremot finns det lite experimentella data tillgängligt för numeriska valideringar vid höga frekvenser, som leder till begränsningar i forskningen.

En ny typ av rigg för aeroelasticitetsstudier behövs för att undersöka icke-stationära tryck som har relevans till aerodynamisk dämpning i en transsonisk kompressor. Riggens design utvecklas i denna avhandling. Den nya trans-soniska riggen består av en lineär kaskadvindtunnel med ett piezoelektrisk-drivet vibrerande blad. De primära egenskaperna bestämdes genom en komparativ diskussion baserad på en överblick av flera liknande riggar och transsoniska kaskadvindtunnlar. Bladets profil togs från GKN:s Virtuell integrerad kompressor (VINK). Den väsentliga delen bestod av testsektionens design, som var optimerad med numeriska simuleringar för att åstadkomma optimala flöde i riggen. Foelsch:s metod används för att designa testsektionens trans-soniska munstycke.

Numeriska simuleringar genomfördes för att utvärdera den förväntade prestandan hos riggens utvalda design. Modellens noggrannhet kontrollerades genom validering mot data tagit från den verkliga riggen. Tre olika mod-former och fem olika fall med varierande bladspetsavstånd analyserades. Icke-stationära resultaten används som referens mot riggens resultat. Bladets icke-stationära flödesprofil som skapats av mod-formers vibrationer kunde prediktera den icke-stationära prestandan vid experimentella försök. Jämförelsen mellan olika bladspetsavstånd visar dess betydelser gällande både periodicitet och icke-stationära prestanda. Dessutom understryks diskrepanser i det icke-stationära störningsbeteendet som finns mellan riggen och ett idealt flöde i en turbomaskin. Denna aspekt relateras till olika skillnader som är oundviklig hos den verkliga riggen. Icke-stationära tryck studerats och flera rekommendationer ges för framtida experiment.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-295297