Thiết kế và nghiên cứu đặc tính khí động bằng mô phỏng số của bánh công tác máy nén ly tâm cho động cơ tua-bin khí lực đẩy 100 kgf
87 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.110.2026.159-168Từ khóa:
Động cơ tuabin khí nhỏ; Máy nén ly tâm; Bánh công tác; CFD; Đặc tính khí động học.Tóm tắt
Các động cơ tuabin khí nhỏ với lực đẩy 100 kg ngày càng được sử dụng rộng rãi trong UAV và các hệ thống đẩy hàng không vũ trụ cỡ nhỏ. Trong các động cơ này, máy nén ly tâm được ưa chuộng do thiết kế nhỏ gọn, tỷ số nén cao và hiệu suất đẳng nhiệt cao. Nghiên cứu này trình bày thiết kế sơ bộ và điều tra khí động học dựa trên CFD của cánh quạt máy nén ly tâm. Một hình học ba chiều hoàn chỉnh đã được phát triển từ các thông số hoạt động mục tiêu, và các mô phỏng Navier-Stokes trung bình theo Reynolds với mô hình nhiễu loạn k-SST đã được thực hiện để phân tích trường dòng chảy bên trong và đánh giá hiệu suất khí động học của bánh công tác. Kết quả tính toán số cho thấy tại điểm thiết kế, tỷ số áp suất toàn phần và hiệu suất lần lượt đạt 4,505 và 85,007%. Biên độ cận thất tốc đạt 18,056%, nằm trong phạm vi yêu cầu điển hình đối với máy nén của động cơ tuabin khí.
Tài liệu tham khảo
[1]. H. Krain, “Review of centrifugal compressor’s application and development”, Journal of Turbomachinery, 127, 1, 25–34, (2005). DOI: https://doi.org/10.1115/1.1791280
[2]. S. M. Hosseini, G. Najafi, B. Ghobadian, R. Mamat, “Effects of radial gap ratio between impeller and vaned diffuser on performance of centrifugal compressors”, Applied Sciences, 7, 7, 728, (2017). DOI: https://doi.org/10.3390/app7070728
[3]. C. Xu, R. S. Amano, “Empirical design considerations for industrial centrifugal compressors”, International Journal of Rotating Machinery, 2012, 184061, (2012). DOI: https://doi.org/10.1155/2012/184061
[4]. S.-Y. Cho, K.-Y. Ahn, Y.-D. Lee, Y.-C. Kim, “Optimal design of a centrifugal compressor impeller using evolutionary algorithms”, Mathematical Problems in Engineering, 2012, 752931, (2012). DOI: https://doi.org/10.1155/2012/752931
[5]. M. Casey, C. Robinson, “Radial flow turbo compressors: Design, analysis, and applications”, Cambridge University Press, (2021). DOI: https://doi.org/10.1017/9781108241663
[6]. L. H. Jawad, S. Abdullah, R. Zulkifli, W. M. F. W. Mahmood, “Numerical study on the effect of interaction vaned diffuser with impeller on the performance of a modified centrifugal compressor”, Journal of Mechanics, 30, 2, 113–121, (2014). DOI: https://doi.org/10.1017/jmech.2013.49
[7]. M. Arifin et al., “Surrogate-based optimization of multiple-splitters radial compressor for solar hybrid microturbine”, Energy Conversion and Management, 16, 100332, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2022.100332
[8]. PBS Group, “PBS TJ 100-PBS Turbine Engine Portfolio”, Czech Republic, (2021).
[9]. JetCat GmbH, “JetCat pro engines”, Germany, (2024).
[10]. Joaquín Valencia Bravo, Frederick Just Agosto, David Serrano Acevedo, Marco Menegozzo, “Analytical modeling of characteristic maps of the SR-30 turbojet engine”, International Journal of Engineering Research & Technology, 10, 3, 155–166, (2021).
[11]. Hamed MohamedAhmed Ali, Abdallah Almadani Muhammad Alhassan, Abdelrazig Abdelfadail Abdelrazig, Alla aldeen Ismail Massar, Muhammed Musa Haroun, “Centrifugal compressor and bell mouth air intake preliminary design for micro turbojet engine”, Journal of Karary University for Engineering and Science, 1, 2, (2021).
[12]. H. Krain, B. Hoffmann, H. Pak, “Aerodynamics of a centrifugal compressor impeller with transonic inlet conditions”, Proceedings of ASME Turbo Expo 1995: Power for Land, Sea, and Air, Houston, 95-GT-079, (1995). DOI: https://doi.org/10.1115/95-GT-079
[13]. Emilie Sauret, “Open design of high pressure ratio radial-inflow turbine for academic validation”, ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 7, 3183–3197, (2012). DOI: https://doi.org/10.1115/IMECE2012-88315
[14]. René Van den Braembussche, “Design and analysis of centrifugal compressors”, von Karman Institute, ASME Press and John Wiley & Sons Ltd, (2018).
[15]. S. Pakle, K. Jiang, “Design of a high-performance centrifugal compressor with new surge margin improvement technique for high-speed turbomachinery”, Propulsion and Power Research, 7, 1, 19–29, (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jppr.2018.02.004
[16]. Jaatinen-Värri, J. Tiainen, T. Turunen-Saaresti, A. Grönman, A. Ameli, A. Engeda, J. Backman, “Centrifugal compressor tip clearance and impeller flow”, Journal of Mechanical Science and Technology, 30, 11, 5029–5040, (2016). DOI: https://doi.org/10.1007/s12206-016-1022-8
[17]. CFTurbo GmbH, “CFTurbo user manual”, Germany, (2024).
[18]. Ansys, “Ansys TurboGrid user's guide”, Canonsburg, PA, USA, (2025).
[19]. Y. P. Shum, C. S. Tan, N. A. Cumpsty, “Impeller-diffuser interaction in a centrifugal compressor”, ASME Journal of Turbomachinery, 122, 4, 777–786, (2000). DOI: https://doi.org/10.1115/1.1308570
[20]. C. T. Dinh, “Aerodynamic performance optimization of a transonic single-stage axial compressor using air bleeding, feedback, and injection”, Ph.D. dissertation, Inha University, South Korea, 16, (2017).
[21]. A. Gibson, N. Gourdain, X. Ottavy, “Assessment of turbulence model predictions for a centrifugal compressor simulation”, Journal of the Global Power and Propulsion Society, 1, 1, 142–156, (2017). DOI: https://doi.org/10.22261/2II890
[22]. H. I. H. Saravanamuttoo et al., “Gas turbine theory”, Pearson Prentice Hall, (2009).
[23]. Q. Zhang, L. Zhang, Q. Huo, L. Zhang, “Study on two types of stall patterns in a centrifugal compressor with a wide vaneless diffuser”, Processes, 8, 10, 1251, (2020). DOI: https://doi.org/10.3390/pr8101251
[24]. H. M. Harrison III, “Development and validation of a new method to model slip and work input for centrifugal compressors”, Ph.D. dissertation, Purdue University, (2020). DOI: https://doi.org/10.1115/1.0002373V
