پایان نامه رشته تاسیسات طراحی توربین

دانلود پایان نامه رشته تاسیسات طراحی توربین با فرمت ورد و قابل ویرایش تعداد صفحات 110

دانلود پایان نامه آماده

 مقدمه

بی شک امروزه توربین‌های گازی نقش مهمی در تامین انرژی به عنوان یکی از مهمترین نیاز‌های بشر دارند. در کنار آن کاربرد توربین‌گازی در جلوبرندگی موجب تحول عظیمی در دانش هوافضا گردید و صنعت هوانوردی دوران طلایی شکوفایی خود را مدیون جلوبرندگی به کمک موتور‌های توربین‌گازی می‌داند. در این متن برآنیم تا با مروری بر اصول اولیه ترمودینامیک و توربوماشین توربین‌گازی، روشی جهت محاسبات اولیه طراحی این نوع ماشین‌ها ارائه دهیم. همانطور که خواهیم دید این روش، پایه‌ای جهت نگارش یک برنامه کامپیوتری برای طراحی توربین‌گازی قرار می‌گیرد که این برنامه در پایان متن ارائه‌شده‌است.

ذکر این نکته الزامی است که فرایند طراحی توربین‌گازی در صنعت شامل مراحل متعدد و مفصلی است که تشریح همه آنها موضوع متن حاضر نیست. نمودار مراحل مختلف طراحی در شکل ‏1‌.1 آورده‌شده‌است، که به طور خلاصه به آنها اشاره می‌کنیم. همانطور که در شکل دیده می‌شود فرآیند طراحی شامل مراحل متعددی از طراحی ترمودینامیکی و سپس آیرودینامیکی گرفته تا سیستم کنترل می‌باشد. که در این میان طبیعتا بین مراحل مختلف پس خور‌های متعددی جهت اصلاح قبلی و یا تطبیق محصول نهایی با نیاز بازار در نظر گرفته می‌شود.

فهرست

1    مقدمه    1
2    سیکل توربین‌گاز    7
2‌.1    آشنایی با سیکل    7
2‌.1‌.1    سیکل توربوجت ساده و جلوبرندگی    11
2‌.2    افت‌ها  در توربین‌گاز و انحراف از سیکل واقعی    13
2‌.2‌.1    راندمان آیزنتروپیک کمپرسور و توربین    14
2‌.2‌.2    افت فشار در محفظه احتراق    18
2‌.2‌.3    افت‌‌های مکانیکی    19
2‌.2‌.4    تغییرات گرمای ویژه    19
2‌.3    تعیین راندمان کل، مصرف ویژه سوخت و نرخ حرارتی    21
2‌.4    مقایسه میزان تاثیر عوامل مختلف روی عملکرد سیکل واقعی    22
3    کمپرسور جریان محوری    25
3‌.1    آشنایی با عملکرد    25
3‌.2    تئوری کمپرسور جریان محوری    26
3‌.3    بررسی عوامل موثر بر نسبت فشار مرحله    30
3‌.3‌.1    سرعت زیاد پره در نوک    30
3‌.3‌.2    سرعت محوری جریان    31
3‌.3‌.3    انحراف زیاد سیال در پره‌های متحرک    33
3‌.4    گرفتگی در مجرای جریان کمپرسور    34
3‌.5    نسبت واکنش    35
3‌.6    روشی برای محاسبه راندمان مرحله    37
4    محفظه احتراق    42
4‌.1    عملکرد محفظه احتراق    42
4‌.2    تعیین نسبت سوخت به هوا    44
4‌.3    ترموشیمی احتراق و محاسبه خواص محصولات احتراق    45
5    توربین جریان محوری    49
5‌.1    تئوری توربین جریان محوری    49
5‌.2    ضریب بارگذاری تیغه    52
5‌.3    نسبت واکنش    53
5‌.4    اثر نسبت واکنش بر راندمان مرحله    54
5‌.5    محاسبه راندمان‌های کل به استاتیک و کل به کل توربین    55
5‌.6    اثرات تراکم پذیری    60
6    فرآیند طراحی کمپرسور جریان محوری و محفظه احتراق    61
6‌.1    تعیین ابعاد ورودی و خروجی و مشخصات گاز خروجی    63
6‌.2    تعیین تعداد مراحل و تخمین افزایش دمای مرحله    66
6‌.3    تعیین زوایای پره، نسبت فشار، راندمان و نسبت واکنش مرحله    68
6‌.3‌.1    مرحله اول    68
6‌.3‌.2    مرحله‌های میانی    71
6‌.3‌.3    مرحله آخر    73
6‌.4    محاسبه راندمان کمپرسور و قدرت مورد نیاز آن    74
6‌.5    محاسبه نسبت سوخت به هوا و مشخصات گازهای خروجی    75
6‌.6    فرآیندهای جایگزین    77
6‌.6‌.1    وارد کردن ماخ بحرانی در ورودی و محاسبه سرعت محوری ورودی    78
6‌.6‌.2    فرض ثابت ماندن شعاع خارجی به جای ثابت گرفتن شعاع میانگین    78
7    فرآیند طراحی توربین جریان محوری    80
7‌.1    محاسبه بارگذاری مرحله و راندمان کل به استاتیک    82
7‌.2    تعیین سرعت و مشخصات گاز در خروج    84
7‌.3    محاسبه راندمان کل به کل    86
7‌.4    تعیین هندسه خروجی توربین    86
7‌.5    محاسبه زوایای پره‌ها    87
7‌.6    محاسبه اعداد ماخ نسبی و مطلق در مرحله آخر    88
7‌.7    تعیین هندسه ورودی    89
7‌.8    محاسبه رانش برای موتورهای توربوجت    91
9.7 شرح روش‌های جایگزین    93
7‌.9‌.1    قطر ریشه یا نوک به عنوان وروردی و محاسبه قطر‌های میانگین    93
2.9.7نسبت شعاع ریشه به نوک به عنوان ورودی و محاسبه زاویه خروجی استاتور    94
7‌.9‌.3    نسبت فشار کل به عنوان ورودی و محاسبه قدرت خروجی توربین    95
مراجع    96
پیوست الف: پروژه‌های نمونه    97
پروژه نمونه 1 : طراحی یک توربین گازی صنعتی    97
پروژه نمونه 2 : طراحی یک موتور توربوجت    101
پیوست ب: متن برنامه کامپیوتری    105