Numerical analysis of the effect of secondary flows in an axial compressor rotor for stability improvement by using casing treatment

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: BÜŞRA YAYLAK

Danışman: Ahmet Pınarbaşı

Özet:

Bu çalışmada NASA tarafından transonik eksenel kompresör rotor test örneği olarak tasarlanan Rotor 37 için sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kanat ucu ile pasajlar arasında meydana gelen akışlar üç boyutlu ve karmaşık bir akış yapısına sahiptir ve bu karmaşık akış Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği kullanılarak analiz edilmiştir. Bu çalışmada öncelikle NASA'nın Rotor 37 için yayınladığı sınır koşulları modele uygulanarak akışkan alanı oluşturulmuş, daha sonra oluşturulan bu modelin NASA tarafından yayınlanan deney sonuçları ile uyumluluğu test edilmiştir. Bu test sürecinde beş farklı mesh yapısı incelenmiş ve en uyumlu mesh yapısı seçilmiştir. Analizler sırasında SST k-ω türbülans modeli kullanılmıştır. NASA tarafından yayınlanan test sonuçları ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile yapılan sonuçlar karşılaştırılmış ve sonuçların NASA test sonuçları ile iyi uyum içinde olduğu görülmüştür. Akışkan alanı analiz edilerek, Rotor 37'nin çalışma aralığı ve farklı kütle akış değerlerindeki verimlilik noktaları belirlenmiştir. Daha sonra, bu çalışmada test vakası olarak ele alınan düz gövde durmaya yakın kütle akış değerindeki Mach sayısı kontur dağılımları, hız konturları, kanatlar arasındaki entropi farkları ve kanadın emme ve basınç kenarlarındaki basınç dağılımları incelenmiştir. Bu analizlerin ardından düz gövdeye uygulanan toplam 3 farklı oluk geometrisi (yarı dairesel, dikdörtgen ve üçgen geometrileri) analiz edilerek neredeyse durma durumuna yakın Mach sayısı dağılımı, oluk içerisindeki hız dağılım, en iyi verim durumundaki entropi dağılımı ve kanat basınç yükleme grafiği oluşturulmuş ve sonuçlar düz durum ile karşılaştırılmıştır. Tüm durumların analizi sonucunda stall marjı iyileştirme ve tepe adyabatik verim grafikleri oluşturulmuştur. Ayrıca toplam basınç oranı-normalize kütlesel debi ve adyabatik verim-normalize kütlesel debi grafikleri oluşturularak sonuçlar analiz edilmiştir.