مجل م ىدسی مکاویک مدرس مرداد 1693 دير 11 شمار 5 صص 111-111 ما ىام علمی پژي شی مهندسی مکانیک مدرس mme.modares.ac.ir *3 علی خوشنژاد 1 محمدحسین عبابافبهبهانی 2 رضا تقویزنوز - 1 دا طج ی کارض اسیارضد ه دسی افضا دا طگا علن ص عت ایزاى ت زاى - 2 دا طج ی دکتزی ه دسی هکا یک دا طگا علن ص عت ایزاى ت زاى -3 دا طیار ه دسی هکا یک دا طگا علن ص عت ایزاى ت زاى *ت زاى ص د ق پستی taghavi@iust.ac.ir 13114-16846 اطالعات مقاله چکیده همال پض طی کاهل دریافت 22 : اسف د 1395 پذیزش 20 : فز ردیي 1395 ارائ در سایت 09 : اردیث طت 1396 ضکلگیزی استال اسپایک ح گستزش آى در یک کوپزس ر هح ری سزعت پاییي ه ض ع ایي هطالع ت د است. در ایي راستا ا داس گیزی ای آسهایطگا ی تز یک تست ریگ کوپزس ر هح ری سزعت پاییي ا جام ضد است. پاراهتز ای ا داس گیزی ضاهل سزعت فطار لحظ ای جزیاى در فزآی د آغاس استال است. تدیي ه ظ ر اس چ دیي پزاب جزیاىس ج سین داغ یک حسگز فطار تا پاسخ فزکا سی تاال تزای داد تزداری استفاد ضد است. سا ات لحظ ای سزعت در تاالدست ردیف پز طاى هید د ک استال اسپایک تا جدایص جزیاى اس لث حول پز آغاس در اداه جزیاى جدا ضد اس سطح پز ه جز ت ایجاد یک گزدات هیض د. ایي ساختار در راستای ارتفاع پز گستزش هییاتد. سل ل استال تا سزعتی کوتز اس سزعت چزخص رت ر در کوپزس ر ه رد هطالع 66% سزعت د را ی پیزاه ى هحیط کوپزس ر ه تطز هیض د وچ یي تزای تزرسی دلیكتز اغتطاضات اسپایک اس تثدیل فزکا سی ه جک استفاد ضد ت ا و دی ایي ر ش در ض اسایی استال اسپایک جشئیات آى طاى داد ضد است. ت کوک تحلیل ه جک هیت اى تا وایص تغییزات سها ی فزکا س ا پدید ای غالة در فزای د گذار سیستن اس عولکزد پایدار ت ضزایط ل ع استال را طاى داد. کلید اصگاى : کوپزس ر هح ری استال د را ی جزیاىس جی سین داغ تثدیل ه جک Investigation of Spike Stall Inception and its Propagation in a Low Speed Axial Compressor Rotor * Ali Khoshnejad1, Mohammad Hosein Ababaf Behbahani1, Reza Taghavi Zenouz 1 1- School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran. * P.O.B. 13114-16846, Tehran, Iran, taghavi@iust.ac.ir ABSTRACT ARTICLE INFORMATION Investigation of spike stall formation and its propagation in a low-speed axial-flow compressor is the main aim of this study. Experimental measurements are performed in a low speed axial compressor test rig. Measurement parameters include instantaneous velocity and static pressure at the stall inception process. For this purpose several hot wire probes and a high response pressure transducer are used in data acquisition procedure. Instantaneous fluctuations of velocity at upstream of the blade row show that spike stall inception is accompanied by flow separation from the leading edge of the rotor blade and subsequently, formation of a vortex. This vortical structure extends over the blade span. Stall cell propagates with a circumferential speed lower than rotor wheel speed which is equal to 66% of rotational speed in this compressor. Furthermore, wavelet frequency analysis is employed for detailed investigation of spike disturbances and the capability of this method in distinguishing the spike stall is presented. Wavelet analysis, by representing the temporal variation of frequency spectrum, shows dominant phenomena in the transient process from stable operation to the stall inception condition. Original Research Paper Received 12 March 2017 Accepted 09 April 2017 Available Online 29 April 2017-1 مقدمه یکی اظ چبلف ب زض عطاحی کوپطؾ ض بی هح ضی زؾتیبثی ث قبط ػولکطزی ث ی ثب ثبظز ی ؿجت فكبض ثبال ث ز ض اظ بپبیساضی بی آیطز زی بهیکی اؾت. زض اقغ ث زلیل هحس زیت بی آیط زی بهیکی کوپطؾ ض ثبیس ز ض اظ قغ ث ی ػولکطز کبض ک س ک ه دط ث کب ف ثبظز ی هیق ز. اؾتبل ز ضا ی ؾطج اظ خول بپبیساضی بی خطیبى زض ى کوپطؾ ض اؾت [.]1 ق بؾبیی هکب یعم قکلگیطی پسیس بی اؾتبل ز ضا ی ؾطج یک هؿأل ه ن زض ح ظ هغبلؼبت کوپطؾ ض بی هح ضی ث ز اؾت. ایي چبلف ث ایي زلیل ک یبظه س ترصص بی هرتلف اظ خول هکب یک ؾیبالت زی بهیک برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید : Keywords: Axial compressor Rotating Stall Wavelet transform Hot wire Anemometry غیطذغی ک تطل ا ساظ گیطی بی زقیق پطزاظـ ؾیگ بل ت خ ثؿیبضی اظ پػ كگطاى ضقت بی هرتلف ضا ث ذ ز خلت کطز اؾت [.]2 هغبلؼبت ز بی اذیط كبى هیز س ک ػو هب ز ع اؾتبل ز ضا ی زض کوپطؾ ض بی هح ضی قکل هیگیطز ک ثب بم اؾتبل هسال اؾتبل اؾپبیک ق بذت هیق س. اؾتبل ه زال قبهل اغتكبقبتی ه خی قکل ثب قست کن ث ص ضت ز ثؼسی ع ل ه ج ثل س اؾت ک ث ص ضت هح ضی زض ع ل کوپطؾ ض گؿتطـ هییبث س. ایي اغتكبقبت هیت ا س ثب ؾطػت ز ضا ی 20% تب 50% ؾطػت چطذف ضت ض ث ص ضت هحیغی ه تكط ق س [.]3 ع زیگط اؾتبل اغتكبقبتی ؾ ثؼسی ثب هقیبؼ بی ع لی ک تب Please cite this article using: A. Khoshnejad, M. H. Ababaf Behbahani, R. Taghavi Zenouz, Investigation of Spike Stall Inception and its Propagation in a Low Speed Axial Compressor Rotor, Modares Mechanical ) Engineering, Vol. 17, No. 5, pp. 111-118, 2017 (in Persian ضکلگیری و گسترش استال اسپایک در یک رتور کمپرسور محوری سرعت پایین
تستریگ کمپرسور محوری سرعت پایین -2 آظهبیف ب زض تؿتضیگ کوپطؾ ض هح ضی آظهبیكگب تحقیقبتی آیط زی بهیک ت ضث هبقیي بی تطاکنپصیط زا كگب ػلن ص ؼت ایطاى ا دبم قس اؾت. قکل 1 ث ص ضت عطح اض اخعای اصلی تؿتضیگ کوپطؾ ض هح ضی ضا كبى هیز س. تؿتضیگ ت ؾظ یک الکتط ه ت ض ثب حساکثط ت اى 45 کیل ات ث Shrouded Wavelet 111 کوپطؾ ض ث ؾیل یک تجسیلک س فطکب ؿی 3 ک تطل هیق ز. زثی خطهی کوپطؾ ض یع ت ؾظ یک قیط ک زض پبییي زؾت ضت ض قطاض گطفت اؾت ت ظین هیق ز. تجهیسات اندازهگیری و نحوه انجام آزمایص -3 تؿتضیگ هد ع ث ؾیؿتن بی ا ساظ گیطی اؾتب ساضز ثطای ا دبم آظه ى بی ه ضز ظط اؾت. ث ه ظ ض هغبلؼ بپبیبیی بی خطیبى اظ ؾیؿتن خطیبىؾ دی ؾین زاؽ یک حؿگط فكبض ثب پبؾد فطکب ؿی ثبال ث ط گطفت قس اؾت 4. پطاة ؾین زاؽ زض ه قؼیت بی هرتلف هحیغی قؼبػی قطاض گطفت ث ص ضت نظهبى ؾب بت هیساى ؾطػت ضا ا ساظ گیطی هیک س. زاز ثطزاضی ثب ؾیؿتن خطیبىؾ ح ؾین زاؽ ثب فطکب ؽ 10 کیل طتع ا دبم قس اؾت. فكبض اؾتبتیک ض ی پ ؾت کوپطؾ ض زض ثبالزؾت ضزیف پط ت ؾظ یک حؿگط فكبض ب ی ل ثب فطکب ؽ زاز ثطزاضی 5 کیل طتع ثجت قس اؾت. ثب سف ثطضؾی گؿتطـ بپبیساضی بی اؾتبل زض ضاؾتبی اضتفبع پط پطاة بی خطیبىؾ ح ؾین زاؽ زض ایي قطایظ زض ؾ ه قؼیت عزیک ث ک هیب عزیک ث پبی پط تؼجی قس ا س. ثسیيتطتیت ؾب بت لحظ ای ؾطػت زض فطآی س آغبظ اؾتبل اظ پبی تب ک پط ا ساظ گیطی قس ا س. جدول 1 هكرصبت ضزیف پط ضت ض Table 1 Rotor blade row specifications هقساض هكرص هقساض هكرص ؾطػت ز ضا ی( )rpm 1300 ع ل تط زض ک ( )mm 117.5 قغط پ ؾت ( )mm 600 ؿجت ه ظطی ؿجت پبی ث ک 0.6 ظا ی صت پط ( 56.2 Fig. 1 Schematic layout of axial compressor test rig شکل 1 وبی قوبتیک زؾتگب تؿت کوپطؾ ض هح ضی 2 Frequency inverter 3 فطکب ؽ ثبالؾت ک ث ػ اى اؾپبیک ق بذت هیق ز. اؾتبل اؾپبیک هتسا لتطیي ع قکلگیطی اؾتبل زض کوپطؾ ض بی ه ت ض بی ایی اؾت [.]4 هف م اؾتبل اؾپبیک ت صیف آى رؿتیي ثبض ت ؾظ ز ی [ ]5 هغطح گطزیس. ه كبء اصلی اؾتبل ز ضا ی زض کوپطؾ ض بی هح ضی فطای س آغبظ اؾتبل اؾپبیک اؾت ک اظ ضقس اغتكبقبت غیطذغی ثب ع ل ه ج ک تب قکل هیگیطز [.]5 زض اثتسای قکلگیطی اؾتبل اؾپبیک قست اغتكبقبت کن اؾت لی زض ازاه پیطاه ى پ ؾت کوپطؾ ض ؾطیغ ضقس پیسا کطز ت ب عی ظهبى هؼبزل ثب چ س ز ضاى ضت ض اغتكبقبت ا لی تجسیل ث اؾتبل اؾپبیک کبهال ت ؾؼ یبفت هیق ز [.]6 اؾتبل اؾپبیک ثب ؾطػتی ثیي 80%-20% ؾطػت ز ضا ی کوپطؾ ض پیطاه ى هحیظ آى ه تكط هیق ز [.]7 زض ایي قطایظ کوپطؾ ض تحت اؾتبل ز ضا ی کبض کطز زثی خطهی ؿجت فكبض آى کب ف هییبثس. تحقیقبت اذیط كبى زاز اؾت ک اؾتبل اؾپبیک ػال ثط کوپطؾ ض بی زاضای زضظ ک ضت ض زض کوپطؾ ض بی پ قفزا ض 1 یع ضخ هیز س ایي ثساى هؼ بؾت ک ثب حصف خطیبى كتی ک پط کوپطؾ ض اهکبى قکلگیطی اؾتبل اؾپبیک خ ز زاضز [.]8 هغبلؼ پسیس اؾتبل ن زض کوپطؾ ض بی هح ضی ؾطػت پبییي [ ]9 ن گصضص ت [ ]12-10 ه ضز ت خ هحققیي ایي ح ظ ث ز اؾت. عی ؾبلیبى اذیط چ سیي هغبلؼ ثب اؾتفبز اظ تد یعات ا ساظ گیطی زقیق وچ یي تحلیل بی ػسزی ؾؼی زض ق بؾبیی ط چ زقیقتط فیعیک حبکن ثط اؾتبل اؾپبیک زاقت ا س [.]14,13 ث ه ظ ض ق بؾبیی ضذساز اؾتبل ز ضا ی ؾیگ بل بی ذبم ؾطػت فكبض لحظ ای ث ص ضت هتسا ل ه ضز اؾتفبز قطاض هیگطفت اؾت [ ]15 اهب اهط ظ ػال ثط ؾیگ بل بی ذبم ا ساظ گیطی قس ض ـ بی هرتلف تحلیل ؾیگ بل یع ث کبض گطفت هیق ز [.]17,16 اؾتفبز اظ تحلیل بی فطکب ؿی اهکبى ثطضؾی زقیقتط فطای س قط ع بپبیساضی ب ضا فطا ن هیآ ضز [.]2 تحلیل فطکب ؿی ه خک 2 اثعاضی ه بؾت ثطای خوغآ ضی اؾترطاج یػگی بی بپبیب اظ ایي ؾیگ بل بؾت. ایي ض ـ ث زلیل ت ا بیی تحلیل فطکب ؿی - ظهب ی ه بؾت ثطای ق بؾبیی اغتكبقبت پیف اظ اؾتبل ق بؾبیی ض س قکل گیطی اؾتبل یک اثعاض ت ا و س زض ایي ح ظ ث حؿبة هیآیس. اظ خول قبثلیت بی زیگط ایي تحلیل تؼییي ؾطػت اؾتبل ز ضا ی اؾت. ثب خ ز هغبلؼبت گؿتطز پیطاه ى اؾتبل ز ضا ی ق بذت زقیق اظ فیعیک حبکن ثط ایي پسیس یبظه س هغبلؼبت ثیكتطی اؾت. سف اظ ا دبم ایي هغبلؼ اضائ ت صیفی زقیق اظ فطای س آغبظ گؿتطـ اؾتبل ز ضا ی زض یک کوپطؾ ض هح ضی ؾطػتپبییي اؾت. ثسیيه ظ ض ا ساظ گیطی ؾطػت فكبض لحظ ای زض ثبالزؾت ضت ض عزیک ث لج حول پط ا دبم قس اؾت. ثب هقبیؿ تأثیط اغتكبـ اؾپبیک ثط ؾیگ بل بی ؾطػت فكبض هکب یعم قکلگیطی اؾپبیک ه ضز ثحث قطاض گطفت اؾت وچ یي ا ساظ گیطی ب اظ پبی تب ک پط چگ گی گؿتطـ اؾتبل ضا زض ضاؾتبی قؼبػی كبى هیز س. تبیح اضائ قس زض قبلت ؾیگ بل بی ذبم تحلیل فطکب ؿی آى ب زض افعایف زا ف زضک فیعیکی پیطاه ى اؾتبل ز ضا ی هفیس اؾت. گطزـ زض هیآیس. ا ثب چطذف ضت ض تک هطحل ای کوپطؾ ض اظ عطیق هدطای ض زی ث ص ضت یک اذت ثب قست آقفتگی کن اضز هدطای کوپطؾ ض قس پؽ اظ ػج ض اظ ضت ض خوغک س حلع ی قکل ذبضج هیق ز. زض کوپطؾ ض ه ضز هغبلؼ اظ یک ضت ض ه فطز 12 پط عطاحی قس ثطای ػولکطز زض هحس ز خطیبى هبز ى ص ت اؾتفبز قس اؾت. ایي ضت ض پیف اظ ایي زض چ سیي هغبلؼ هؼتجط ػسزی تدطثی ث کبض گطفت قس اؾت [.]19,18 پط فیل ضت ض ه ضز هغبلؼ ثطاؾبؼ پط فیل NACA65 عطاحی قس هكرصبت عطاحی آى زض خس ل 1 اضائ قس اؾت. ؾطػت گطزـ هح ض
-4 معرفی ابسار تحلیل فرکانسی تبدیل موجک اؾتفبز اظ ض ـ بی تحلیل ؾیگ بل ثطای زؾتیبثی ث هحت ای فطکب ؿی زض کوپطؾ ض بی هح ضی ض قی هطؾ م اؾت [.]20 زض ایي ثیي تجسیل ه خک یک گعی ه بؾت ثطای هغبلؼ پسیس اؾتبل اغتكبقبت پیف اظ آى اؾت. ایي ض ـ قبثلیت تحلیل ظهب ی فطکب ؿی ؾیگ بل ب ضا زاضاؾت. لیبئ ]21[ 1 رؿتیي ثبض یک تجسیل پی ؾت ه خک ضا ثطای ثطضؾی فطآی س آغبظ اؾتبل ث کبض ثطز. زض ایيخب ث اذتصبض تجسیل ه خک یک ثؼسی هؼطفی قس هالحظبت ه ن آى ه ضز ثحث قطاض هیگیطز. تجسیل یکثؼسی پی ؾت ه خک 2 هغبثق ضاثغ ) (1 تؼطیف هیق ز [.]2 ) (1 ) ( ( ( زض ایي ضاثغ تبثغ ه خک ؾیگ بل ض زی تبثغ هبزض وچ یي ث تطتیت پبضاهتط بی ا تقبل هقیبؼ اؾت. پبضاهتط هقیبؼ زض ایي تجسیل ث ). ع ض هؼک ؼ ثب فطکب ؽ اضتجبط زاضز ( پبضاهتط زض ایي ضاثغ ؾجت هیق ز تب عیف چگبلی ا طغی زض هقیبؼ بی هرتلف هكبث قبثل هقبیؿ ثبق س. ضاثغ ثیي تجسیل ه خک تجسیل ف ضی ث ص ضت ضاثغ ( )2 قبثل ثیبى اؾت. ) (2 )-+ ( ) (, * ( ثیب گط تجسیل هؼک ؼ ف ضی ( ) ( ) ث تطتیت زض ضاثغ ( )2 تجسیل ف ضی ) ( ) ( اؾت. عیف چگبلی ا طغی زض هقیبؼ ظهبى هغبثق ضاثغ ( )3 هحبؾج هیق ز. ) ) (3 ( 3 کب ت ض ث ص ضت تبثؼی اظ ثب ػ اى عیف گبض ه خک ق بذت هیق ز. تبثغ ) ( ث ػ اى تبثغ هبزض تجسیل ه خک زض تحلیل بپبیساضی بی کوپطؾ ض ثؿیبض تأثیطگصاض اؾت. ز گعی هتسا ل پطکبضثطز ثطای ایي تبثغ ه ضلت 4 زیا خی 5 اؾت. زض ایي هغبلؼ تبثغ هبزض ه ضلت ث کبض گطفت قس اؾت. ) ( ) (4 ) ( ) (5 ) (6 ) ( ( ) ( ) ( ضاثغ ( )6 فطم گؿؿت تجسیل ه خک پی ؾت یکثؼسی ضا كبى هیز س. -5 نتایج زض ایي ثرف هکب یعم قکل گیطی اؾتبل اؾپبیک ح گؿتطـ آى پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض زض اثتسا ه ضز ثحث قطاض گطفت اؾت. زض ازاه ثب ث کبضگیطی تحلیل فطکب ؿی ه خک اضائ خعئیبت ثیكتطی اظ ؾبذتبض اؾتبل اؾپبیک ه ض ع ه ضز ثحث ایي هغبلؼ اؾت. -1-5 مکانیزم شکلگیری استال اسپایک زض قغ ػولکطزی ز ض اظ اؾتبل ت ب ػبهل ایدبز ؾبى زض هیساى ؾطػت فكبض بپبیبیی بقی اظ ز ضاى ضزیف پط ضت ض کوپطؾ ض اؾت. قکل 3 تغییطات فطکب ؿی ؾیگ بل ؾطػت ضا زض قغ ػولکطزی ز ض اظ اؾتبل ا ساظ گیطی قس زض بحی ک پط كبى هیز س. ایي تبیح ثطای ؾطػت بی ز ضا ی 1800rpm 1300rpm اضائ قس ا س. رؿتیي پیک پسیساض قس زض ط ز قکل ) (3-a قکل ) (3-b ک ث تطتیت زض فطکب ؽ بی 360 260 طتع ضخ زاز ا س كبى گط فطکب ؽ گصض پط اؾت. پیک ز م ک هت بظط ثب فطکب ؽ بی 720 520 طتع اؾت رؿتیي بضه یک فطکب ؽ گصض پط ضا هكرص هی ک س. زض ایي قطایظ ت ب فطکب ؽ غبلت هیساى خطیبى بقی اظ چطذف ضت ض ث ز اغتكبقی زض گصضگب خطیبى هكب س ویق ز. عیف فطکب ؿی ؾطػت ا ساظ گیطی قس زض ک پط زض ضطیت خطیبى اؾتبل زض قکل 4 كبى زاز قس اؾت. هح ض افقی زض ایي قکل ؿجت ث فطکب ؽ ز ضا ی ضت ض ( 21Hz زض 30Hz 1300rpm زض )1800rpm ثیثؼس قس هح ض ػو زی ن قست عیفی 6 ط فطکب ؽ ضا كبى هیز س. زض ط ز (یؼ ی 0.7 قکل ( )4-a,b اغتكبقی ثب قست ثبال زض حس ز فطکب ؿی Fig. 2 Configuration of hot wire probes around the compressor circumference شکل 2 چیسهبى حؿگط بی خطیبىؾ ح ؾین زاؽ پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض Liao One-dimensional continuous wavelet transform Wawelet spectrogram 4 Morlet 5 DOG 2 3 Fig. 3 Frequency spectrum of velocity signal at design point شکل 3 عیف فطکب ؿی ؾیگ بل ؾطػت زض قغ ػولکطزی عطاحی PSD; Power Spectral Density 6 119 زض آظه ى ز م 4 پطاة خطیبىؾ ح ؾین زاؽ زض ف اصل ظا ی ای هؿب ی زضخ پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض قطاض گطفت ث ع ض نظهبى ؾطػت لحظ ای خطیبى ضا عی فطآی س آغبظ اؾتبل ا ساظ گیطی هیک س. ایي ا ساظ گیطی ب ه دط ث کؿت تبیدی زض اضتجبط ثب چگ گی گؿتطـ اؾتبل ز ضا ی پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض ؾطػت ا تكبض آى قس اؾت. ایي چیسهبى بی قطاضگیطی زض قکل 2 كبى زاز قس اؾت. 90 خ ت اػوبل تجسیل پی ؾت ه خک ثط زاز ب ؾیگ بل بی گؿؿت قکل گؿؿت تجسیل پی ؾت ه خک ه ضز یبظ اؾت. ثسیي ه ظ ض یک ضا حل زقیق ؾطیغ اػوبل تجسیل ف ضی ثط ضاثغ ( )2 ث ص ضت ض اثظ ( )6-4 اؾت.
شکل 5 ؾیگ بل بی ؾطػت فكبض زض قطایظ ق ع اؾتبل Fig. 4 Frequency spectrum of velocity signal at the stall condition شکل 4 عیف فطکب ؿی ؾیگ بل ؾطػت زض قغ ػولکطزی عطاحی پسیساض قس فطکب ؽ چطذف ضت ض) ثب قستی کوتط زض حس ز اؾت. رؿتیي فطکب ؽ هطث ط ث فطکب ؽ چطذكی ؾل ل اؾتبل )RSF( 1 ) بضه یک آى اؾت. زض ایي قطایظ بپبیساضی غبلت هقساض ز م ( ؾیؿتن بقی اظ اؾتبل ز ضا ی ک ث اؾغ ت ب ثی ث زى آى ثب بضه یک بیی وطا اؾت. خ ت ق بذتی زقیقتط اظ آىچ ک زض لحظ آغبظ اؾتبل ضخ هیز س ؾیگ بل بی لحظ ای ؾطػت فكبض زض قکل 5 كبى زاز قس ا س. ط ز ؾیگ بل زض ظهب ی ک اؾتبل کبهال ت ؾؼ یبفت ثجت قس اؾت. ثب ت خ ث ایي قکل ث ت صیف هکب یعم اؾتبل اؾپبیک پطزاذت هیق ز. ثب کب ف ضطیت خطیبى زض کوپطؾ ض پیط آى کب ف هؤلف هح ضی ؾطػت خطیبى زض ض زی ث کوپطؾ ض ظا ی ثطذ ضز خطیبى ثب لج حول پط افعایف هییبثس. ایي افعایف ظا ی زض عزیکی قغ اؾتبل ثب خسایف خطیبى وطا اؾت. خسایف ث یػ زض بحی زضظ ک پط ؾجت هؿس زقسگی زض گصضگب خطیبى ضزیف پط هیق ز. ایي هؿس زقسگی ؾجت افعایف فكبض اؾتبتیک کب ف ؾطػت لحظ ای خطیبى زض ثبال زؾت ضت ض هیق ز. هغبثق ثب قکل 5 زض ط ؾبذتبض اغتكبـ اؾپبیک زض ؾیگ بل ؾطػت اثتسا یک کب ف ؿجت ث هقساض هیب گیي زض ؾیگ بل فكبض یک افعایف هكب س هیق ز ک بقی اظ ویي خسایف خطیبى اؾت. خطیبى خسا قس اظ لج پط ک ث ص ضت یک صفح زضآهس اؾت ثب چطذف ث ز ض ذ ز یک گطزاث ضا تكکیل هیز س. ایي گطزاث اظ ؾغح پط آغبظ تب پ ؾت کوپطؾ ض ازاه هییبثس. چگ گی گؿتطـ گطزاث زض ضاؾتبی اضتفبع پط زض ازاه ه ضز ثطضؾی قطاض ذ ا س گطفت. گطزاث قکل گطفت ثب هب یتی بپبیب ه دط ث ایدبز ؾب بتی قسیس زض هیساى خطیبى پیطاه ى ذ ز هیق ز. زض ط ز ؾیگ بل ؾطػت فكبض (قکل )5 ؾب بت پؽ اظ افت یب ذیع بقی اظ خسایف خطیبى ث اؾغ قکلگیطی ایي ؾبذتبض گطزاث ای اؾت. ث ػ اى خوغث سی هیت اى ایيگ ثیبى کطز ک ؾبذتبض اؾتبل اؾپبیک قبهل خسایف خطیبى ؾپؽ تكکیل یک گطزاث گؿتطـ یبفت زض ع ل پط اؾت. اؾپبیک ثب ؾطػتی کوتط اظ ؾطػت ز ضاى ضت ض زض ضاؾتبی هحیغی زض کوپطؾ ض ه تكط هیق ز. هکب یعم ت صیف قس اظ قکلگیطی اؾتبل اؾپبیک زض هغبلؼ ػسزی RSF; Rotating Stall Frequency 111 ] Fig. 6 The vortical structure and propagation of spike [8 شکل 6 ؾبذتبض قؼبػی اؾپبیک گؿتطـ آى زض ایي ضاؾتب [ ]8 اذیط پ الى وکبضاى یع كبى زاز قس اؾت. ثطاؾبؼ ت صیف آى ب زض آغبظ اؾتبل افعایف ظا ی ثطذ ضز خطیبى ه تح ث خسایف خطیبى اظ لج حول زض ؾوت ثیط ی پط هیق ز. زض ازاه ایي خسایف گطزاث ایی ایدبز قس ک گؿتط آى اظ پبی تب ک پط کوپطؾ ض ضا زضثطهیگیطز. عطح اض ح قکل گیطی اؾتبل ثب اؾتفبز اظ تبیح تحلیل ػسزی پ الى وکبضاى زض قکل 6 كبى زاز قس اؾت [.]8 قکل 7 ؾیگ بل بی ؾطػت لحظ ای ضا زض فطآی س آغبظ اؾتبل كبى هیز س. ثط توبهی ؾیگ بل ب یک فیلتط پبییي گصض ثب فطکب ؽ قغغ 200Hz اػوبل قس اؾت. زض ظهبى هت بظط ثب 163 ا هیي ز ضاى ضت ض رؿتیي اغتكبقبت اؾپبیک زض ؾیگ بل ث چكن هیذ ضز. ایي اغتكبقبت ک زض اثتسا صطفب خسایف خطیبى اظ لج حول پط ضا كبى هیز س عی ظهب ی اظ هطتج 5 ز ضاى ضت ض (ز ضاى )168 تجسیل ث اؾتبل کبهال ت ؾؼ یبفت قس اؾت. ؾل ل اؾتبل ثب ػج ض اظ هقبثل ط یک اظ پطاة ب ؾجت ایدبز اغتكبقی ثط ؾیگ بل ثجتقس ت ؾظ آى پطاة هیق ز. ذظچیي تطؾین قس ثط قکل 7 ؾب بت قسیس ایدبز قس بقی اظ چطذف یک ؾل ل اؾتبل پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض ضا ث یکسیگط هتصل هی ک س. فبصل ظهب ی ثیي ثجت اؾتبل ت ؾظ رؿتیي پطاة تب ضصس آى ت ؾظ پطاة چ بضم ؾطػت ز ضاى ؾل ل اؾتبل ضا هؼیي هیک س. زض کوپطؾ ض ه ضز هغبلؼ وبىگ ک زض قکل 7 كبى زاز قس ؾطػت هحیغی چطذف ؾل ل اؾتبل ثطاثط 66% ؾطػت ز ضاى ضت ض اؾت. ؾب بت ؾطػت زض فطآی س ق ع اؾتبل زض ؾطػت ز ضا ی 1800 rpm زض Fig. 5 Velocity and pressure signals at the stall condition
قکل 8 كبى زاز قس اؾت. هغبثق ثب ت ضیحبت پیكیي فیلتط پبییي گصض ثط زاز ب اػوبل قس اؾت. هدسزا ذظ هتصلک س ؾطػت ز ضا ی 67% ضا ثطای ؾل ل اؾتبل ز ضا ی زض ایي قطایظ کبضی کوپطؾ ض كبى هیز س. -2-5 بررسی جزئیات پدیده استال اسپایک با بهکارگیری تبدیل Fig. 7 Instantaneous velocity signals at different circumferential ) positions (N=1300 rpm شکل 7 ؾیگ بل بی ؾطػت لحظ ای ا ساظ گیطیقس زض ه قؼیت بی هحیغی هرتلف ( )N=1300 rpm Fig. 8 Instantaneous velocity signals at different circumferential ) positions (N=1800 rpm شکل 8 ؾیگ بل بی ؾطػت لحظ ای ا ساظ گیطی قس زض ه قؼیت بی هحیغی هرتلف ( )N=1800 rpm قکل 9 كبى زاز قس اؾت. ؾیگ بل ؾطػت اظ حس ز 10 ز ضاى ضت ض پیف اظ آغبظ اؾتبل تب قطایظ اؾتبل کبهال ت ؾؼ یبفت تطؾین قس اؾت. پیف اظ ظهبى هت بظط ثب ز ضاى 160 ضت ض زض قکل 9 یچ اغتكبقی زض ؾیگ بل ؾطػت ثب س فطکب ؿی آى هكب س ویق ز. اظ ز ضاى قوبض 166-160 زض هقبزیط فطکب ؿی کن (ظیط 20 طتع) ثبضیک ای تكکیل قس ک كبى اظ قکلگیطی یک بپبیساضی ثب هب یت ت ب ثی زض هیساى خطیبى زاضز. اظ عطفی اض هوتس تطؾین قس زض فطکب ؽ 260 Hz زچبض ث ن ضیرتگی قس ک كبىز س تضؼیف قکل ه خی ؾیگ بل ؾطػت اؾت. اظ ز ضاى 167 ا م ضت ض ث ثؼس ػال ثط قکلگیطی یک اض هوتس ثب قست ثبال زض فطکب ؽ 14Hz لک بیی غیطهت ب ة یع زض هیب ثب س فطکب ؿی ایدبز قس اؾت. ایي لک بی حبهل ا طغی 1 كبىگط اؾپبیک بؾت. اض هوتس زض فطکب ؽ 14Hz ثیبىگط ؾطػت چطذف ایي اؾپبیک بؾت. ه ح ی GWS2 زض ؾوت ضاؾت کب ت ض ه خک یع كبى هیز س ک ثیكی قست هطث ط ث فطکب ؽ چطذكی اؾتبل اؾپبیک اؾت. خ ت ثطضؾی فیعیکی ثیكتط فطای س قکلگیطی اؾتبل گؿتطـ آى زض ضاؾتبی اضتفبع پط ؾ پطاة خطیبىؾ ح ؾین زاؽ زض ه قؼیت بی عزیک ث ک هیب عزیک ث ضیك پط ثب ف اصل هحیغی 90 زضخ صت قس (قکل )10 زاز ثطزاضی ث ص ضت نظهبى ص ضت گطفت اؾت. قکل 10 تجسیل ه خک ؾیگ بل بی ؾطػت ضا زض فطآی س آغبظ اؾتبل كبى هیز س. ثب ت خ ایي قکل زض ط ؾ کب ت ض عیفی ه خک فطکب ؽ گصض پط ث ػ اى ت ب ػبهل ؾب ی غبلت پیف اظ آغبظ اؾتبل (ز ضاى )20 اؾت. ثب س فطکب ؽ گصض پط پؽ اظ ضذساز رؿتیي اغتكبقبت اؾتبل ه قغغ قس وچ یي زض هحس ز فطکب ؽ بی پبییي لک بی اؾپبیک پسیساض قس ا س. ایي لک ب زض ط 3 قغ ا ساظ گیطی هكب س قس قست آى ب زض بحی ک پط ثیكتط اؾت. اؾتبل اؾپبیک ت ب زض بحی ک پط ثلک زض ثیكتط اضتفبع آى گؿتطـ یبفت اؾت. لک بی اؾپبیک زض قغ عزیک ث پبی (ثبظ فطکب ؿی 256-32 طتع) ؿجت ث ک پط زاضای قست کوی ث ز اظ عطفی اض فطکب ؿی گصض پط یع زچبض اذتالل کوتطی قس اؾت. ثب ایي حبل اض هوتس زض هحس ز فطکب ؽ 14 طتع ثب قست ظیبزی خ ز زاضز. ث بثطایي ایيگ هیت اى تید گطفت ک یک اغتكبـ ثب هب یت ت ب ثی زض هیساى ؾطػت زض عزیکی پبی پط خ ز زاقت ایي اغتكبـ بقی اظ خسایف خطیبى اؾت. زض ایي ه قؼیت گطزاث اؾپبیک تضؼیف قس یب اظ ثیي ضفت اؾت. یکی اظ قبثلیت بی تحلیل ه خک ق بؾبیی ؾب بت قسیس بقی اظ اؾپبیک ب تؼییي ؾطػت ز ضا ی ؾل ل اؾتبل اؾت. قکل بی 12 11 عیف گبض ه خک ؾیگ بل بی اؾتبل ت ؾؼ یبفت ضا كبى هیز س. زض تحلیل ه خک ط ؾبى قسیس بقی اظ اؾپبیک ثب یک لک پط ا طغی زض کب ت ض ه خک هت بظط اؾت. ثب صل کطزى ایي لک بی پط ا طغی هحبؾج فبصل ظهب ی ز ضاى کبهل ؾل ل اؾتبل ؾطػت ؾل ل اؾتبل قبثل هحبؾج اؾت. ثب ت خ ث تحلیل ه خک کب ت ض بی اضائ قس زض قکل بی 12 11 یع هی ت اى تید گطفت ک ؾطػت ؾل ل اؾتبل زض کوپطؾ ض ه ضز هغبلؼ ث تطتیت زض ؾطػت بی ز ضا ی 1800rpm 1300rpm ثطاثط ثب 67% 66% ؾطػت ز ضاى ضت ض اؾت. جهگیری جمعبندی و نتی -6 زض ایي هغبلؼ ث ثطضؾی تدطثی فطآی س قکلگیطی اؾتبل اؾپبیک زض یک Energy spots Global Wavelet Spectrum 2 115 موجک ػالئن آقکبضؾبظ آغبظ پسیس اؾتبل اغلت زض ؾیگ بل بی ؾطػت یب فكبض ک زض ثبالزؾت ضت ض عزیک ث ک پط ثجت قس قبثل هكب س اؾت. تكریص ایي ػالئن ثب ت خ ث تطکیت قسى آى ب ثب خطیبى اصلی گصضگب یع بی ؾیؿتن ا ساظ گیطی ث یػ زض هطاحل اثتسایی قکلگیطی اؾتبل زق اض اؾت. تحلیل ه خک یک تحلیل ایس آل ثطای خوغآ ضی اؾترطاج یػگی بی بپبیب زض ى ایي ؾیگ بل بؾت. ایي تحلیل ث زلیل ت ا بیی آ بلیع فطکب ؿی - ظهب ی ه بؾت ثطای ق بؾبیی اغتكبقبت پیف اظ اؾتبل ق بؾبیی ض س قکلگیطی اؾتبل یک اثعاض ت ا و س زض ایي ح ظ ث حؿبة هیآیس. ؾب بت ؾطػت تجسیل ه خک آى زض ثبال زؾت ضزیف پط کوپطؾ ض زض لحظ آغبظ اؾتبل زض
شکل 9 ؾیگ بل ؾطػت لحظ ای ث وطا تجسیل ه خک آى زض فطآی س آغبظ اؾتبل Fig. 10 Wavelet transform of velocity signal in the stall inception process at different radial positions شکل 10 کب ت ض بی تجسیل ه خک ؾیگ بل ؾطػت زض فطآی س آغبظ اؾتبل زض ه قؼیت بی قؼبػی هرتلف کوپطؾ ض هح ضی ؾطػت پبییي پطزاذت قس اؾت. ا ساظ گیطی ب ثب اؾتفبز اظ چ سیي پطاة خطیبىؾ ح ؾین زاؽ یک حؿگط فكبض زض قبط هرتلف پیطاه ى ضت ض کوپطؾ ض ا دبم قس وچ یي تجسیل فطکب ؿی ه خک اثعاض تحلیلی ه ضز اؾتفبز ثطای اؾترطاج خعئیبت ؾبذتبض اؾتبل اؾپبیک اؾت. زض هدو ع تبیح ظیط اظ ایي هغبلؼ قبثل اضائ اؾت. -1 ؾبذتبض اؾتبل اؾپبیک هتكکل اظ خسایف خطیبى اظ لج حول پط زض ازاه ایدبز یک گطزاث اظ ایي خطیبى خسا قس اؾت. خسایف خطیبى ه دط ث کب ف ؾطػت افعایف فكبض هحلی زض ثبالزؾت ضت ض قس گطزاث قکل گطفت ؾب بت قسیسی ضا زض هیساى خطیبى القب هیک س. 111-2 اؾپبیک ت ب زض بحی ک پط گصضگب خطیبى ضا هتأثط هیؾبظز ثلک زض ضاؾتبی اضتفبع پط گؿتطـ یبفت زض کوپطؾ ض ه ضز هغبلؼ یع ثرف ظیبزی اظ اضتفبع پط ضا زض ثطگطفت اؾت. -3 اغتكبقبت اؾپبیک زاضای هب یتی ت ب ثی ث ز پیطاه ى هحیظ کوپطؾ ض ثب ؾطػتی کوتط اظ ؾطػت چطذف کوپطؾ ض ه تكط هیق س. ؾطػت ا تكبض هحیغی ؾل ل اؾتبل زض کوپطؾ ض ه ضز هغبلؼ حس ز 66% ؾطػت چطذف ضت ض اؾت. -4 تحلیل فطکب ؿی ه خک اثعاضی ق ی ت ا و س ثطای ق بؾبیی هغبلؼ خعئیبت فطآی س قکلگیطی اؾتبل اؾت. ؾطػت ا تكبض عیف ا طغی ؾل ل بی اؾتبل ث کوک ایي تجسیل قبثل ثطضؾی اؾترطاج اؾت. Fig. 9 Velocity raw signal and its wavelet transform at stall inception process
Downloaded from mme.modares.ac.ir at 0:39 IRDT on Monday September 3rd 2018 Fig. 11 Wavelet transform of velocity signal in fully developed stall condition at different circumferential positions (N=1300 rpm) )N=1300 rpm( کب ت ض بی تجسیل ه خک ؾیگ بل ؾطػت زض قطایظ اؾتبل ت ؾؼ یبفت زض ه قؼیت بی هحیغی هرتلف 11 شکل Fig. 12 Wavelet transform of velocity signal in the fully developed stall condition at the different circumferential positions (N=1800 rpm) )N=1800 rpm( کب ت ض بی تجسیل ه خک ؾیگ بل ؾطػت زض قطایظ اؾتبل ت ؾؼ یبفت زض ه قؼیت بی هحیغی هرتلف 12 شکل [2] F. Lin, J. Chen, M. Li, Practical issues of wavelet analysis of unsteady rotor tip flows in compressors, Proceeding of 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Indianapolis, United States, July 7-10, 2002. [3] N. M. McDougall, N. Cumpsty, T. Hynes, Stall inception in axial compressors, Proceeding of International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, Toronto, Canada, June 4 8, 1989. [4] T. Camp, I. Day, 1997 Best Paper Award Turbomachinery Committee: A Study of Spike and Modal Stall Phenomena in a Low-Speed Axial Compressor, Turbomachinery, Vol. 120, No. 3, 111 تقدیر و تطکر -7 کبض تحقیقبتی حبضط تحت حوبیت بی هبلی پكتیجب ی آظهبیكگب تحقیقبتی آیط زی بهیک ت ضث هبقیي بی تطاکنپصیط زا كگب ػلن ص ؼت ایطاى ا دبم. ثسیي ؾیل اظ توبهی هؿئ لیي شیطثظ قسضزا ی هیق ز. قس اؾت مراجع -8 [1] I. Day, Stall, Surge, and 75 Years of Research, Turbomachinery, Vol. 138, No. 1, pp. 011001, 2016. 5 شماره 11 دوره 1931 مرداد مهندسی مکانیک مدرس
Downloaded from mme.modares.ac.ir at 0:39 IRDT on Monday September 3rd 2018 An explanation for flow features of spike-type stall inception in an axial compressor rotor, turbomachinery, Vol. 135, No. 2, pp. 021023, 2013. [15] A. Deppe, H. Saathoff, U. Stark, Spike-type stall inception in axialflow compressors, Proceeding of 6th Conference on Turbomachinery, Fluid Dynamics and Thermodynamics, Lille, France, March 7-11, 2005. [16] J. D. Cameron, S. C. Morris, Analysis of axial compressor stall inception using unsteady casing pressure measurements, Turbomachinery, Vol. 135, No. 2, pp. 021036, 2013. [17] F. Lin, J. Chen, M. Li, Experimental investigation of unsteady rotor tip flows in a high speed compressor throttled to stall, Proceeding of ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea, and Air, Amsterdam, Netherlands, June 3 6, 2002. [18] M. Furukawa, M. Inoue, K. Saiki, K. Yamada, The Role of Tip Leakage Vortex Breakdown in Compressor Rotor Aerodynamics, Turbomachinery, Vol. 121, No. 3, pp. 469-480, 1999. [19] M. Inoue, M. Kuroumaru, T. Iwamoto, Y. Ando, Detection of a rotating stall precursor in isolated axial flow compressor rotors, Journal of Turbomachinery, Vol. 113, No. 2, pp. 281-287, 1991. [20] R. T. Zenouz, M. H. A. Behbahani, A. Khoshnejad, Experimental investigation of air injection effects on rotating stall alleviation in an axial compressor, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 7, pp. 267-274, 2016. (in Persian )فارسی [21] S. Liao, J. Chen, Time-frequency analysis of compressor rotating stall by means of wavelet transform, Proceeding of ASME 1996 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition, Birmingham, United Kingdom, June 10 13, 1996 5 شماره 11 دوره 1931 مرداد مهندسی مکانیک مدرس pp. 393-401, 1998. [5] I. J. Day, Stall Inception in Axial Flow Compressors, Turbomachinery, Vol. 115, No. 1, pp. 1-9, 1993. [6] I. J. Day, Axial compressor stall, PhD Thesis, University of Cambridge, 1976. [7] C. Tan, I. Day, S. Morris, A. Wadia, Spike-Type compressor stall inception, detection, and control, Annual review of fluid mechanics, Vol. 42, pp. 275-300, 2010. [8] G. Pullan, A. M. Young, I. J. Day, E. M. Greitzer, Z. S. Spakovszky, Origins and structure of spike-type rotating stall, Turbomachinery, Vol. 137, No. 5, pp. 051007-11, 2015. [9] R. Taghavi-Zenouz, S. Abbasi, Multiple spike stall cells in low speed axial compressor rotor blade row, Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 53, No. 1, pp. 47-57, 2015. [10] N. Amanifard, B. Farhanieh, K. Ghorbanian, Numerical investigation of rotating-stall in a stage of an axial compressor with two different approaches, Aerospace Science and Technology, Vol. 4, No. 1, pp. 39-47, 2007. [11] H. Khaleghi, Stall inception and control in a transonic fan, part A: Rotating stall inception, Aerospace Science and Technology, Vol. 41, pp. 250-258, 2015. [12] H. Khaleghi, M. Boroomand, A. Tousi, J. Teixeira, Stall inception in a transonic axial fan, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A, Power and Energy, Vol. 222, No. 2, pp. 199-208, 2008. [13] S. Weichert, I. Day, Detailed measurements of spike formation in an axial compressor, Turbomachinery, Vol. 136, No. 5, pp. 051006, 2014. [14] K. Yamada, H. Kikuta, K. I. Iwakiri, M. Furukawa, S. Gunjishima, 111