COMPRESORES Y TURBINAS

Autor: CHACARTEGUI RAMÍREZ RICARDO.
Año: 2004.
Universidad: SEVILLA [Más tesis de esta universidad] [www.us.es].
Centro de lectura: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS SEVILLA.

Resumen: Con el creciente avance en las tecnologías de los computadores los métodos de análisis de flujos en turbomáquinas mediante técnicas numéricas han crecido en importancia, convirtiéndose en indispensables en los procesos de diseño y análisis del comportamiento de diferentes configuraciones y situaciones. Se ha evolucionado de métodos simples y eficientes de bajo coste computacional y gran dependencia experimental, como pueden ser los métodos unidimensionales para la predicción del comportamiento de turbomáquinas térmicas, a métodos altamente complejos y de gran coste computacional como pueden ser los métodos de análisis numéricos de flujo tridimensional viscoso. Del análisis de las difernetes líneas de investigación actuales asociadas al estuido numérico de flujos aplicados al campo de las turbomáquinas térmicas, se detectaron una serie de carencias en el uso directo de códigos CFD comerciales, principalmente asociado a la no posibilidad de acceso al código fuente del mismo, dificultando su acoplamiento efectivo con códigos estructurales o de optimización, o bien modificaciones que permitieran una mejor adaptación, en el modelado de la física del problema o desde el punto de vista computacional, al problema a estudiar. Por ello se plantea la necesidad del desarrollo de una herramienta numérica propia, orientada inicialmente al análisis del comportamiento global de turbomáquinas térmicas, que permitiera un adecuado conocimiento de las pérdidas presentes en las mismas, bien para el proceso de diseño de diferentes componentes bien para su uso en métodos implicados más eficientes desde el punto de vista computacional. En esta tesis se ha abordado el desarrollo de una herramienta computacional propia que permitiera abordar de manera eficiente el estudio detallado de la evolución del flujo en turbo máquinas térmicas y por consiguiente de las pérdidas presentes en las mismas. Esta herramienta se convierte en herramienta base para desarrollo de líneas de investigación futuras asociadas a estudios de aeroelasticidad o resolución de problemas inverso o de diseño. Presentar el tratamiento de las ecuaciones de Navier Stokes para flujo compresible con la introducción de turbulencia mediante un promediado de las ecuaciones según Reynolds, RANS (Reynolds Average Navier Stokes). Con ello se consigue un adecuado modelado de las características globales del flujo en cascadas de turbomáquinas térmicas para un completo rango de condiciones de flujo, tanto en condiciones de flujo adherido al perfil como en condiciones de desprendimiento. Esta herramienta numérica define con precisión la evolución del flujo en cualquier geometría bidimensional lo cual a su vez permite análisis prácticamente inmediatos dela transferencia de calor en cascadas de turbina, o estuido de geometrías no vinculadas a turbomáquinas como perfiles de automóviles o geometrías de válvulas en motores de combustión interna alternativos. La estructura que presenta esta tesis es la siguientes: En el primer capítulo se realiza una revisión de las características generales que debe cumplir un método de análisis computacional fuidodinámico (CFD) y en particular aplicado al campo de las turbomáquinas así como una revisión general del estado del arte de los CFD aplicados al campo delas turbomáquinas. En este capítulos e justifica la elección del método implementado así como sus características generales y se ubica frente a métodos presentados por otros autores. En el segundo capítulo se realiza el desarrollo teórico del método computacional implementado, detallando las discretizaciones de las ecuaciones, hipótesis realizadas así como las principales características de los procesos de generación de geometría, tratamientos de mallas, resolución y postprocesado. Además, se muestran las modificaciones introducidas por el autor frente a otros tratamientos del problema al abordar. En el tercer capítulo se realiza el desarrollo teórico del modelo para flujo turbulento compresible, se justifica el interés del tratamiento de las ecuaciones mediante un modelo RANS y se justifican las hipótesis realizadas y la forma de implementación en el modelo. En el cuarto capítulo se muestran las validacio 8 nes real 3c2 izadas con el código en un amplio abanico de ejemplos con soluciones conocidas dando una clara idea de la potencialidad del método implementado, y en particular su validez para la aplicación al campo de las trubomáquinas térmicas. En el quinto capítulo se aplica la herramienta numérica desarrollada a una serie de cascadas analizando la influencia sobre las mismas de diferentes parámetros. Finalmente, se presenta un capítulo de conclusiones en el que se analizarán las posibilidades del método implementado así como los posibles desarrollos futuros.