Herramienta Versátil para Palas de Turbomáquinas Suaves Paramétricas
Autores: Siddappaji, Kiran; Turner, Mark G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Herramienta Versátil para Palas de Turbomáquinas Suaves Paramétricas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Hojas
Transferencia de energía
Herramienta de diseño paramétrico
Turbomáquinas
Perfil aerodinámico
B-splines
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Diseñar palas para una transferencia de energía eficiente mediante el cambio de flujo y momento angular es tanto un arte como un proceso de ingeniería multidisciplinario iterativo. En este documento se describe una herramienta de diseño paramétrico robusta con pocas entradas para crear palas 3D para turbomaquinaria y convertidores de energía rotativos o no rotativos. Los parámetros incluyen coordenadas axiales-radiales de los bordes de ataque/salida, líneas de construcción (líneas de corriente), ángulos metálicos, relación de grosor a cuerda, tipo de perfil aerodinámico estándar y definido por el usuario, entre otros. Usando estos, se crean perfiles aerodinámicos 2D, que se mapean conformalmente a superficies de corriente 3D, se apilan radialmente con múltiples opciones y se transforman a un sistema de coordenadas cartesianas 3D. Cambios suaves en la curvatura de la pala son esenciales para asegurar una distribución de presión suave y un flujo adherido. Se utilizan B-splines para controlar la curvatura de la línea media, el grosor, la forma del borde de ataque, la inclinación y otros parámetros a lo largo de la cuerda y la envergadura, haciendo que la iteración del diseño sea rápida y fácil. La continuidad de la curva C2 se logra a través de segmentos paramétricos de B-splines cúbicos y cuárticos y es mejor que G2. Nuevas geometrías utilizando un esquema paramétrico eficiente y mínima interacción con CAD crean cuerpos sólidos estancos y dominios de fluido opcionales. Se presentan varios ejemplos de turbomaquinaria axial y radial ductada con formas de perfil aerodinámico especiales o de otro tipo, rotores no ductados, incluyendo hélices y turbinas eólicas e hidrocinéticas, para demostrar la versatilidad y robustez de la herramienta, que puede integrarse fácilmente en cualquier cadena de automatización y optimizador.
Descripción
Diseñar palas para una transferencia de energía eficiente mediante el cambio de flujo y momento angular es tanto un arte como un proceso de ingeniería multidisciplinario iterativo. En este documento se describe una herramienta de diseño paramétrico robusta con pocas entradas para crear palas 3D para turbomaquinaria y convertidores de energía rotativos o no rotativos. Los parámetros incluyen coordenadas axiales-radiales de los bordes de ataque/salida, líneas de construcción (líneas de corriente), ángulos metálicos, relación de grosor a cuerda, tipo de perfil aerodinámico estándar y definido por el usuario, entre otros. Usando estos, se crean perfiles aerodinámicos 2D, que se mapean conformalmente a superficies de corriente 3D, se apilan radialmente con múltiples opciones y se transforman a un sistema de coordenadas cartesianas 3D. Cambios suaves en la curvatura de la pala son esenciales para asegurar una distribución de presión suave y un flujo adherido. Se utilizan B-splines para controlar la curvatura de la línea media, el grosor, la forma del borde de ataque, la inclinación y otros parámetros a lo largo de la cuerda y la envergadura, haciendo que la iteración del diseño sea rápida y fácil. La continuidad de la curva C2 se logra a través de segmentos paramétricos de B-splines cúbicos y cuárticos y es mejor que G2. Nuevas geometrías utilizando un esquema paramétrico eficiente y mínima interacción con CAD crean cuerpos sólidos estancos y dominios de fluido opcionales. Se presentan varios ejemplos de turbomaquinaria axial y radial ductada con formas de perfil aerodinámico especiales o de otro tipo, rotores no ductados, incluyendo hélices y turbinas eólicas e hidrocinéticas, para demostrar la versatilidad y robustez de la herramienta, que puede integrarse fácilmente en cualquier cadena de automatización y optimizador.