Aplicação de um método de interacção fraca víscidoinvíscido no projecto da roda de uma turbina axial

• LUÍS MORÃO CABRAL FERRO ^[1] ; LUÍS EÇA ^[3] ; LUIS MANUEL DE CARVALHO GATO ^[2]
  1. [1] Universidade Federal do Ceará

     Universidade Federal do Ceará

     Brasil

     
  2. [2] Universidade de Lisboa

     Universidade de Lisboa

     Socorro, Portugal

     
  3. [3] MARETEC

  Mostrar afiliaciones +
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 14, Nº 2, 2010, págs. 63-74
• Idioma: portugués
• Títulos paralelos:
  • Application of a viscous-inviscid interaction method on the design of the rotor blades of an axial turbine
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • English

    A design method that combines streamline curvature method and panel method with boundary layer interaction is present in this paper. The meridional flow, assumed as axisymmetic, is computed by a streamline curvature method and the blade-to-blade flow is computed by a panel method for a cascade of aerofoils. The boundary-layer equations are solved with integral methods. The aerofoil contour is discretized into straight elements with piecewise constant source distribution. The lift effect is simulated by a vortex distribution along the aerofoil mean line. The vortex strength is given by 0,4 0 m γ = γ s where sm is the distance to the trailing edge measured along the mean line and γ0is a constant to be determined by the Kutta condition. Boundary layer effect on potential flow is simulated by the wall-transpiration velocity vw obtained from the displacement thickness of the boundary layer δ* . The boundary layer flows through the upper and lower surfaces of the airfoil are computed with integral methods. Thwaites method is used for laminar boundary layer and Head method for turbulent boundary layer; transition to turbulent flow is assumed to occur. The rotor blade sections are the NACA 66 (mod) with a=0.8 mean line. A linear distribution of the maximum thickness of the aerofoils is prescribed in radial direction. The camber and the stagger angle of the blade sections are adjusted to fulfil the prescribed angular momentum distributions, at the rotor inlet and outlet sections, and zero-incidence flow angle, at the blade leading edge. The described method is applied in the design of the rotor blades of a mini hydraulic axial-flow turbine. A comparison of results obtained by the described method and a similar method for an inviscid flow is presented. The developed design method is easy to apply, uses small CPU time and allows to identify the possibility of boundary layer separation to occur.

  • português

    É apresentada uma metodologia de projecto que combina o método da curvatura de linhas de corrente com o método de painel com interacção viscosa. O método de curvaturas de linhas de corrente é usado na determinação do escoamento meridiano que se assume axissimétrico. O escoamento entre pás, que se considera desenvolver em superfícies de corrente cilíndricas coaxiais com o eixo da turbina, é resolvido pelo método de painel para uma cascata de perfis com interacção fraca víscido-invíscido. No método de painel utilizado, os perfis da pá são discretizados em elementos rectilíneos com distribuições de fontes de intensidade constante. A circulação em torno dos perfis é simulada utilizando uma distribuição de vórtices ao longo da linha média do perfil, cuja intensidade é dada por 0,4 0 m γ = γ s , onde sm é a distância medida a partir do bordo de fuga ao longo da linha média do perfil e γ0 é uma constante determinada pela aplicação da condição de Kutta. A camada limite ao longo da superfície do perfil é calculada utilizando o método integral de Thwaites na zona laminar e o método de Head na zona turbulenta; a transição da camada limite é condensada num único ponto. O efeito da camada limite no escoamento potencial é simulado pela introdução de uma velocidade de transpiração na superfície do perfil. Os perfis escolhidos para a pá são do tipo NACA série 6 modificada. Uma distribuição linear de espessura máxima dos perfis ao longo do raio é especificada. A flecha dos perfis e o ângulo de calagem são ajustados de modo a induzirem a deflexão pretendida e a obter uma distribuição suave de pressão ao longo do contorno do perfil. A metodologia é aplicada com sucesso no projecto de uma pequena turbina tubular do tipo axial. Os resultados obtidos são comparados com os obtidos por um um método de projecto análogo em escoamento invíscido. A aplicação do método é simples, pouco dispensiosa em tempo de CPU e permite, quando comparado com o projecto invíscido, detectar a possibilidade de ocorrência de separação de camada limite.