Numerical investigation of the flowfield in transonic turbine cascades

Abstract

Bu tez çalışmasında, eksenel türbinlerin transonik akış alanı karakteristikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada kullanılan türbin nozul ve rotor kanat profilleri açık literatürden alınmış ve her iki geometrinin transonik özelliklerinin incelenmesi için nümerik analizler gerçekleştirilmiştir. Akış alanı üzerindeki hız ve kayıp dağılımını hesaplamak için farklı çıkış Mach sayısı koşuları seçilmiştir ve sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Balık kuyruğu şekline sahip şok dalgaları, laminer sınır tabaka – şok dalgası etkileşimleri ve yansıyan eğik şok dalgaları gibi akış alanı içerisindeki farklı fenomenlerin HAD analizlerinde çözümlenebildiği gözlemlenmiştir. Ses altı rejimdeki çalışma koşullarında aerodinamik kayıp katsayılarının deneysel çalışmalarla iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Öte yandan, transonik rejimdeki çalışma koşullarında, HAD analizlerinin kayıp katsayısındaki artış miktarını deneye kıyasla daha düşük bulduğu görülmüştür.In this thesis, transonic flow field characteristics of axial turbines are investigated numerically with Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Turbine nozzle guide vane and rotor blade profiles which are used in the thesis are taken from the open literature and used for numerical analyses to examine the transonic characteristics of both components. Different exit Mach number conditions are selected to compute the velocity field and loss distribution in the passage. The results are compared to experimental results in the literature. It has been observed that different phenomena which are present in the flow field such as fishtail shockwaves, laminar boundary layer – shockwave interactions, and reflected oblique shocks are resolved in the CFD analyses. It can be seen that the aerodynamic loss coefficients are in very good agreement in the subsonic regime conditions in the literature. However, although results find an increasing trend in the transonic region, since the shock strengths were found to be relatively lower in CFD analyses, it has been observed that the overall aerodynamic losses remained lower than the experimental results reported in the literature.