Optimización de Diseño Multidisciplinaria de la Punta Squealer Enfriada para Turbinas de Alta Presión
Autores: Caloni, Stefano; Shahpar, Shahrokh; Toropov, Vassili V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Optimización de Diseño Multidisciplinaria de la Punta Squealer Enfriada para Turbinas de Alta Presión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Punta de turbina
Diseño
Optimización de Diseño Multidisciplinario
MDO
Rendimiento aerotérmico
Nivel de estrés
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La geometría de la punta de la turbina puede alterar significativamente el rendimiento de la etapa de la turbina; su diseño representa un desafío por diversas razones. Múltiples disciplinas están involucradas en su diseño y sus requisitos limitan la creatividad del diseñador. La Optimización de Diseño Multidisciplinaria (MDO) ofrece la capacidad de mejorar el rendimiento mientras se satisfacen todas las restricciones de diseño. Este documento presenta un diseño novedoso de una punta de turbina logrado a través de técnicas de MDO. Se utiliza un modelo de Diseño Asistido por Computadora (CAD) completamente parametrizado del rotor de la turbina para crear la geometría del squealer y controlar la ubicación de los orificios de enfriamiento y polvo. Se realiza un análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de Transferencia de Calor Conjugada para evaluar el rendimiento aerotérmico del componente y la temperatura a la que opera la turbina. Luego se realiza un análisis de Elementos Finitos (FE) para encontrar el nivel de estrés que la turbina debe soportar. Una optimización biobjetivo reduce simultáneamente la pérdida aerodinámica y el nivel de estrés. Se elige el Método de Aproximación Multipunto (MAM), recientemente mejorado para problemas multiobjetivo, para resolver este problema de optimización. El documento presenta su lógica en detalle. La nueva geometría ofrece una mejora significativa en el rendimiento aerodinámico mientras reduce el estrés máximo. El flujo asociado con la nueva geometría se analiza en detalle para comprender la fuente de la mejora.
Descripción
La geometría de la punta de la turbina puede alterar significativamente el rendimiento de la etapa de la turbina; su diseño representa un desafío por diversas razones. Múltiples disciplinas están involucradas en su diseño y sus requisitos limitan la creatividad del diseñador. La Optimización de Diseño Multidisciplinaria (MDO) ofrece la capacidad de mejorar el rendimiento mientras se satisfacen todas las restricciones de diseño. Este documento presenta un diseño novedoso de una punta de turbina logrado a través de técnicas de MDO. Se utiliza un modelo de Diseño Asistido por Computadora (CAD) completamente parametrizado del rotor de la turbina para crear la geometría del squealer y controlar la ubicación de los orificios de enfriamiento y polvo. Se realiza un análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de Transferencia de Calor Conjugada para evaluar el rendimiento aerotérmico del componente y la temperatura a la que opera la turbina. Luego se realiza un análisis de Elementos Finitos (FE) para encontrar el nivel de estrés que la turbina debe soportar. Una optimización biobjetivo reduce simultáneamente la pérdida aerodinámica y el nivel de estrés. Se elige el Método de Aproximación Multipunto (MAM), recientemente mejorado para problemas multiobjetivo, para resolver este problema de optimización. El documento presenta su lógica en detalle. La nueva geometría ofrece una mejora significativa en el rendimiento aerodinámico mientras reduce el estrés máximo. El flujo asociado con la nueva geometría se analiza en detalle para comprender la fuente de la mejora.