تحقیق توربوماشينها 20ص ( ورد)
دسته بندي :
دانش آموزی و دانشجویی »
دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 24 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
1
مقدمه
براي آن كه امتداد جرياني را منحرف كنيم يا سرعت آن را تغيير دهيم ، بايد نيرويي به آن وارد كنيم . هنگامي كه يك پره متحرك امتداد جرياني را منحرف مي كند و مومنتم آن را تغيير مي دهد ، نيرويي از پره به سيال ـ يا بعكس از سيال به پره ـ وارد مي شود . با حركت پره و جابجا شدن نيرو ، كار انجام مي شود . اساس كار توربوماشين ها بر مبناي همين اصل است . پمپها ، دمنده ها و كمپرسورها بر روي سيال كار انجام مي دهند و بر انرژي آن مي افزايند . توربين هاي آبي ، گازي و بخاري انرژي سيال را مي گيرند و به انرژي مكانيكي روي محور گردنده تبديل مي كنند . كوپلينگ سيالي و مبدل گشتاور ، متشكل از يك پمپ و يك توربين هستند و براي انتقال ملايم قدرت مكانيكي به كار مي روند .
تبديل انرژي در توربوماشين ها پيوسته است . درطراحي توربوماشين ها هم از تئوري بهره مي گيرند و هم از آزمايش .
با كاربرد تئوري تشابه مي توان از طرح ماشيني كه داراي ابعاد و سرعت دوراني مشخصي است و كارآمد بودن خود را در عمل نشان داده است استفاده كرده ، ماشين هاي مشابه ديگري با ابعاد و سرعت هاي متفاوت طراحي نمود .
در اين گزارش ابتدا تشابه هندسي و تشابه كاري توربوماشين ها را تعريف كرده ، روابط تشابه را به دست مي آوريم . سپس تئوري كسكيدها و به دنبال آن تئوري توربوماشين ها را ارائه مي دهيم . آنگاه به ترتيب به بررسي توربين هاي عكس العملي ، پمپها و دمنده ها ، توربين هاي ضربه اي و كمپرسورهاي سانتريفوژ مي پردازيم . در انتها نيز پديده كاويتاسيون را شرح خواهيم داد .
ماشينهاي مشابه ، سرعت مخصوص
دو توربو ماشين را درنظر بگيريد كه داراي تشابه هندسي باشند يعني با ضرب ابعاد هندسي يكي از آنها در عدد ثابتي ، ابعاد هندسي متناظر ماشين ديگربه دست آيد . اگر اين دو ماشين طوري كار كنند كه خطوط جريان آنها نيز تشابه هندسي داشته باشند ، گوييم دو ماشين تشابه كاري دارند . در اين صورت بين مشخصات كاري دو ماشين نيز تشابه وجود خواهد داشت . براي آنكه بتوانيم در طراحي يك توربوماشين نمونه از اطلاعات مربوط به مدل آن استفاده كنيم ،
بايستي مدل و نمونه علاوه بر تشابه هندسي ، تشابه كاري نيز داشته باشند . متأسفانه مجبوريم از اثرات لزجت صرف نظر كنيم ، زيرا عموما نمي توان هم دو شرط فوق الذكر را برقرار كرد و هم اعداد رينولدز مدل و نمونه را برابر نمود .
در صورتي كه خطوط جريان در دو ماشين مشابه باشند ، دياگرام سرعت ها در ورود به يا خروج از پروانه هاي دو ماشين مشابه خواهند بود . در شكل(1) دياگرام سرعت ها در خروجي پروانه يك پمپ نشان داده شده است . حال با نشان مي دهيم . استفاده از اين شكل ، شرط تشابه الگوي جريان را فرمول بندي مي كنيم . زاويه پره را به
2
نشان مي دهيم . سرعت مطلق سيال از جمعِ u و سرعت محيطي پروانه را به v سرعت سيال نسبت به پره را به
نشان مي دهيم . مولفه سرعت مطلق در امتداد شعاعيV به دست مي آيد . سرعت مطلق سيال را به u و v برداري
نشان مي دهيم . متناسب با دبي است . زاويه سرعت مطلق با سرعت محيطي را به Vr نشان مي دهيم . Vr را به
در آنها يكسان باشد و شرط تشابه كاري ايجاب مي كند شرط تشابه هندسي دو ماشين ايجاب مي كند كه زا ويه
در آنها يكسان باشد . كه زاويه
و دبي حجمي D، قطر پروانه N در ماشين هاي مشابه را مي توانيم بر حسب سر عت دوراني شرط برابري
بيان كنيم . Q جريان
. Vr متناسب است با u و V متناسب است با Vr ثابت ، است ، پس به ازاي Vr = Vsin چون
را مي توان به صورت زير بيان كرد : بنابراين شرط برابري
متناسب است با Vr ، پس D2 برابر است با دبي تقسيم بر سطح جريان . چون سطح جريان متناسب است با Vr
.ND متناسب است با u، پس N متناسب است با و D متناسب است با r . چون r برابر است با u از طرفي
لذا رابطه فوق را مي توان به صورت زير بيان كرد :
اين رابطه شرط تشابه كاري ماشين هاي مشابه است .
بيان كنيم . براي اين كار از فرمولA و يك سطح مقطع مثل H دبي ماشين هاي مشابه را مي توانيم بر حسب ارتفاع
اريفيس يعني :
Q = CdA
براي ماشين هاي مشابه مي توان نوشت :Cd استفاده مي كنيم . با ثابت فرض كردن
4
با تغيير عدد رينولدز تغيير كمي مي كند . به همين دليل راندمان ماشين هايCd است . البته D2 متناسب با A زيرا
مشابه با ابعاد مختلف كمي متفاوت است . تغيير راندمان با تغيير عدد رينولدز را اثر مقياس گويند . در ماشين هاي كوچكتر ، شعاع هيدروليكي مجاري كوچكتر است ، لذا عدد رينولدز جريان كمتر است ، از اين رو ضريب اصطكاك بزرگتر است و بنابراين راندمان كمتر مي باشد . اختلاف راندمان مدل و نمونه مي تواند 1تا 4 در صد باشد .
در تئوري تشابه از اثر مقياس صرفنظر مي شود و لذا براي تعيين راندمان نمونه از روي راندمان مدل بايد از روابط تجربي استفاده كرد .
از معادلات بالا به دست مي آوريم :Qبا حذف
ذيلا براي روشن تر شدن موضوع ، روابط تشابهي فوق را با استفادعه از آناليز ابعادي به دست مي آوريم .
به دست آوردن روابط تشابه با استفاده از آناليز ابعادي
متغيرهاي موثر در جريان تراكم ناپذير در يك توربو ماشين عبارتند از : جرم مخصوص و لزجت سيال ، قطر و سرعت دوراني پروانه ، دبي ، ارتفاع و قدرت ماشين . رابطه بين متغيرها به صورت زير قابل بيان است :
f
را قرار داده ايم كه معرف انرژي بر واحد جرم است . gH كه معرف انرژي بر واحد وزن است ، H در اين رابطه به جاي
با انجام آناليز ابعادي به دست مي آوريم :
F() = 0
با چشم پوشي از اثرات لزجت مي توانيم از عدد رينولدز صرفنظر كرده، بنويسيم :
F
گروه هاي بي بعد فوق به ترتيب ضريب دبي ، ضريب ارتفاع و ضريب قدرت ناميده مي شوند . به طوري كه ديديم شرط تشابه كاري دو ماشين ، برابري ضريب دبي آنهاست . در آن صورت ضريب ارتفاع دو ماشين نيز برابر خواهد بود و همچنين ضريب قدرت آنها .
نمودارهايي كه تغييرات ارتفاع ، قدرت و راندمان ماشين را در مقابل دبي نشان مي دهند ، منحني هاي مشخصه ناميده مي شوند . با استفاده از روابط تشابه مي توان منحني هاي مشخصه يك ماشين را از روي منحني هاي مشخصه ماشين مشابه ديگري با ابعاد و سرعت متفاوت به دست آورد . منحني هاي مشخصه را مي توان در دستگاه مختصات بي بعد را در
4
e و را به عنوان محور افقي انتخاب كرده ، رسم كرد . براي اين كار
مقابل آن رسم مي كنند . با چشم پوشي از اثر مقياس منحني هاي مشخصه بي بعد براي تمام ماشين هاي مشابه يكسان است .
سرعت مخصوص
در انتخاب نوع توربو ماشين ها و در طراحي مقدماتي آنها به طور گسترده اي از يك پارامتر تشابهي به نام سرعت مخصوص استفاده مي شود . سرعت مخصوص ، عددي است ثابت كه براي ماشين هاي مشابه يكسان است . سرعت
يك دسته پمپNsمخصوص پمپها و توربين ها را معمولا به صورت هاي متفاوتي تعريف مي كنند . سرعت مخصوص
مشابه طبق تعريف عبارت است از سرعت پمپي از آن دسته كه داراي چنان ابعادي باشد كه دبي واحد را به ارتفاع واحد را حذف مي كنيم :D پمپاژ نمايد . براي به دست آوردن فرمول سرعت مخصوص ، در معادلات فوق ،
معرف سرعت دوراني پمپي خواهد بود H=1 و Q=1 را از اين رابطه حذف كنيم ، مقدار ثابت طرف دوم به ازاي gاگر
كه دبي واحد را به ارتفاع واحد پمپاژ مي كند و اين همان سرعت مخصوص است :
سرعت مخصوص در نقطه حداکثر راندمان تعريف می شود . يعنی در رابطه فوق مقادير سرعت , دبی و ارتفاع مربوط به نقطه حداکثر راندمان هستند .
سرعت مخصوص بی بعد پمپها را به صورت زير می توان تعريف کرد :
سرعت زاويه ای بر حسب راديان بر ثانيه است . سرعت مخصوص بی بعد مستقل از سيستم آحاد است .که در آن
سرعت مخصوص يک دسته توربين مشابه طبق تعريف عبارت است از سرعت توربينی که تحت ارتفاع واحد , توان واحد , پس می توان نوشت :QH متناسب است با P را توليد نمايد . چون
را حذف کنيم , به عبارت زير می رسيم :Q و D اگر در معادلات فوق ,