TRANSaCT - TRANsitionsScenarier inom Turbomaskiner
- Diarienummer
- SM16-0007
- Start- och slutdatum
- 170101-180630
- Beviljat belopp
- 90 153 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Övrigt
Summary
Avsikten med projektet är att samla ledande expertis inom strömningsmekanik från akademi (KTH) och svensk industri (GKN Aerospace Sweden AB). Målet är att gemensamt öka förståelsen av de komplexa omslagsscenarier från laminär till turbulent strömning som finns i turbomaskiner. Tillsammans vill vi producera en rapport som diskuterar möjligheten att effektivisera dagens turbomaskiner med avseende på aerodynamiska förluster. De specifika tekniska målen med projektet är: • att bättre förstå friströmsturbulensens inverkan på omslaget till turbulens i gränsskiktet. • att bättre förstå samspelet mellan friströmsturbulens, externa tryckgradienter och ytråheter, samt hur dessa påverkar omslagspunkten till turbulens. • att utveckla en mer tillförlitlig predikteringsmetod som kan implementeras i existerande Computational Fluid Dynamics (CFD) program. • att föreslå en bättre fysikalisk modell av omslaget till turbulens för att framgångsrikt minska de aerodynamiska förlusterna. Rapporten kommer att baseras på aktuell kunskap, nya vindtunnelexperiment på KTH och avancerad modellering av omslaget från laminär till turbulent strömning. Vi tror att resultaten inom det föreslagna projektet TransACT kommer att utgöra en viktig bas för framtida utveckling av nya turbulensmodeller för CFD, som i sig kommer att leda till bättre prestandauppskattningar inom designoptimering av turbomaskiner.
Populärvetenskaplig beskrivning
En jetmotors, liksom andra turbomaskiners, prestanda bestäms av hur effektivt den omsätter axelarbete till kinetisk energi. Genom att minska aerodynamiska ahhinder för detta kan maskinen bli mer effektiv. Det är just detta som är en av dagens stora utmaningar i arbetet med att designoptimera turbomaskiner. Det största aerodynamiska hindret kommer från det friktionsmotstånd som bildas när luft med hög hastighet strömmar över en yta. Om man kan minska detta motstånd minskar även sådant som t.ex. bränsleförbrukningen. Friktionsmotståndet, som beror på flera faktorer, är inget man kan bli av med men genom att utforma maskinens inre på rätt sätt kan man påverka strömningen så att motståndet minskar. Huruvida strömningen alldeles vid ytan är laminär (jämn och fin) eller turbulent (oregelbunden och kaotisk) är en faktor som är avgörande för motståndet och kan påverkas av yttre störningar så som friströmsturbulens men även av tryckfördelningen och ytans struktur. I moderna motorer ställs höga krav på aerodynamisk verkningsgrad. Forskning inom området har visat på möjligheter att minska friktionsmotståndet på flera sätt, där exempelvis ytstrukturer kan påverka den redan turbulenta strömningens friktion likväl som omslaget från laminär till turbulent strömning vid ytan. Tidigare erfarenheter från t.ex. flygplansvingar har visat goda resultat, men också att det är nödvändigt att känna till nivån på bakgrundsstörningar i den specifika applikationen för att nå resultat. Genom ökad dialog mellan akademi (KTH) och industri (GKN) ska vi tillsammans kartlägga vilka lösningar som är bäst lämpade för att minska de aerodynamiska förlusterna i jetmotorer. Vi har för avsikt att beskriva hur vi kan göra morgondagens turbomaskiner mer effektiva utifrån de kunskaper vi i dag har om möjligheterna att designa bort eller på annat sätt kontrollera sådant som omslagsprocessen från laminär till turbulent strömning. Kunskapen om detta när det gäller en turbomaskins speciella egenskaper är i dag dock begränsad. Inom ramen för projektet planerar vi därför även att göra vindtunnelexperiment på KTH med fokus på turbomaskiners unika egenskaper och interaktionen mellan exempelvis friströmsturbulens och ytråheter, men även med den externa tryckfördelningen.