Μοντελοποίηση Αξονικού Συμπιεστή και Στροβίλου με τη Μέθοδο Συσσώρευσης 
Βαθμίδων σε Περιβάλλον MATLAB / Simulink 
& 
Προσομοίωση Βλαβών Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή με χρήση CFD

Μπούντο, Ερμονέλ; Budo, Ermonel

dc.contributor.author	Μπούντο, Ερμονέλ	el
dc.contributor.author	Budo, Ermonel	en
dc.date.accessioned	2024-02-16T08:37:31Z
dc.date.available	2024-02-16T08:37:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58902
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26598
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Αξονικός συμπιεστής	el
dc.subject	Αξονικός στρόβιλος	el
dc.subject	Αεριοστρόβιλοι	el
dc.subject	Μοντελοποίηση βλαβών	el
dc.subject	Μέθοδος συσσώρευσης βαθμίδων	el
dc.subject	Βιομηχανικός αεριοστρόβιλος Tornado	el
dc.subject	Κινητήρας Allison Τ56	el
dc.subject	Πεδίο χαρακτηριστικών	el
dc.subject	Χάρτης λειτουργίας	el
dc.subject	Προσομοίωση βλαβών	el
dc.subject	Βαθμίδα συμπιεστή 23B20	el
dc.subject	Modelling	en
dc.subject	Axial compressor	en
dc.subject	Axial turbine	en
dc.subject	Gas turbines	en
dc.subject	Faults modelling	en
dc.subject	Stage stacking method	en
dc.subject	Industrial gas turbine tornado	en
dc.subject	Allison T56 engine	en
dc.subject	Characteristic field	en
dc.subject	Compressor map	en
dc.subject	Faults simulation	en
dc.subject	MATLAB	en
dc.subject	Simulink	en
dc.subject	Ansys	en
dc.subject	CFD	en
dc.title	Μοντελοποίηση Αξονικού Συμπιεστή και Στροβίλου με τη Μέθοδο Συσσώρευσης Βαθμίδων σε Περιβάλλον MATLAB / Simulink & Προσομοίωση Βλαβών Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή με χρήση CFD	el
dc.title	Axial Compressor and Turbine Modelling with the Stage Stacking Method in MATLAB / Simulink & Axial Compressor Stage Faults Simulation using CFD	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αεροπορικοί Κινητήρες	el
heal.classification	Αεριοστρόβιλοι	el
heal.classification	Διαγνωστική	el
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
heal.classification	Aircraft Engines	en
heal.classification	Gas Turbines	en
heal.classification	Diagnostics	en
heal.classification	Computational Fluid Dynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-18
heal.abstract	Στην σύγχρονη εποχή η ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων για την πραγματοποίηση προσομοίωσης και διάγνωσης σε αεριοστροβίλους είναι αρκετά διαδεδομένη τόσο σε ακαδημαϊκό, όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, σκοπός είναι η μοντελοποίηση πολυβάθμιου αξονικού συμπιεστή και στροβίλου, καθώς και των βλαβών στις συνιστώσες αυτές. Για τον λόγο αυτό, αναπτύχθηκαν αντίστοιχα μοντέλα στο περιβάλλον MATLAB / Simulink, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο συσσώρευσης βαθμίδων, ώστε να προσδιοριστούν οι συνολικές επιδόσεις και το πεδίο χαρακτηριστικών τους. Έτσι, μπορούν να μελετηθούν και παρουσιαστούν τα πλεονεκτήματα της εμβάθυνσης (Zooming), πάνω στις συνιστώσες αυτές. Ακόμη, πραγματοποιήθηκε τρισδιάστατη ανάλυση CFD σε επίπεδο βαθμίδας συμπιεστή, στο λογισμικό Ansys, μοντελοποιώντας διάφορες τυχόν βλάβες που μπορούν να προκύψουν σε αυτήν. Με τον τρόπο αυτό, μελετάται η επίδραση της κάθε βλάβης στις επιδόσεις της βαθμίδας και έτσι λαμβάνεται μια πιο ρεαλιστική εικόνα ως προς την επικινδυνότητα αυτών. Αυτό γίνεται μέσω της σύγκρισης του πεδίου χαρακτηριστικών της κάθε βλάβης, τόσο μεταξύ τους, όσο και με το αντίστοιχο της βαθμίδας όταν βρίσκεται σε κατάσταση υγιούς λειτουργίας. Όσον αφορά τα μοντέλα στο περιβάλλον MATLAB / Simulink, επιλέγοντας διάφορα έτοιμα blocks και δημιουργώντας μάσκες, αναπτύχθηκε κώδικας για την μοντελοποίηση συμπιεστή και στροβίλου αντίστοιχα, με χρήση της μεθόδου συσσώρευσης βαθμίδων. Παράλληλα, αξιοποιήθηκαν βιβλιοθήκες από το υπολογιστικό πρόγραμμα PROOSIS, γραμμένες σε γλώσσα προγραμματισμού EL, οι οποίες μεταφράστηκαν σε MATLAB, καθώς και η βιβλιοθήκη συνιστωσών αεριοστροβίλων T-MATS της NASA. Συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε το υπολογιστικό μοντέλο του πολυβάθμιου αξονικού συμπιεστή και στροβίλου του αεριοστροβίλου Tornado, καθώς και του αξονικού πολυβάθμιου στροβίλου του κινητήρα Allison T-56. Ακόμη, αφού σχεδιάστηκε η τρισδιάστατη γεωμετρία της βαθμίδας αξονικού συμπιεστή, 23B20 της NASA, και έγινε μελέτη ανεξαρτησίας πλέγματος για την προσομοίωση, πραγματοποιήθηκε ανάλυση CFD, στο λογισμικό Ansys, με την βαθμίδα σε υγιή κατάσταση, αλλά και σε διάφορες καταστάσεις βλάβης. Συμπεραίνεται ότι η μοντελοποίηση του συμπιεστή και στροβίλου με τη μέθοδο συσσώρευσης βαθμίδων οδηγεί σε μια πιστή προσομοίωση της λειτουργίας αυτών. Ακόμη, η μοντελοποίηση βλαβών μέσω της τρισδιάστατης προσομοίωσης σε επίπεδο βαθμίδας συμπιεστή, αλλά και της αντίστοιχης μονοδιάστατης σε πολυβάθμιους αξονικούς συμπιεστές και στροβίλους, κρίνεται αξιόπιστη. Αυτό προκύπτει έπειτα από την σύγκριση των θεωρητικών αποτελεσμάτων μεταξύ τους, αλλά και σύμφωνα με τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Τέλος, τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έτοιμα εργαλεία προσομοίωσης και διάγνωσης ενός συμπιεστή και στροβίλου, παρέχοντας άμεσα και αξιόπιστα στον χρήστη την κατάσταση λειτουργίας τους, μέσω των αντίστοιχων πεδίων χαρακτηριστικών.	el
heal.abstract	In the modern era, the development of computational models for simulation and diagnosis in gas turbines is quite prevalent, both at the academic and industrial levels. In this current thesis, the objective is to model a multi-stage axial compressor and turbine, as well as the faults in these components. For this purpose, corresponding models were developed in the MATLAB / Simulink environment, using the stage stacking method, to determine their performance and characteristic field. Consequently, the advantages of Zooming technique on these components can be studied and presented. Furthermore, a three – dimensional CFD analysis was performed at a compressor’s stage, using Ansys software, modelling various faults that could potentially occur within it. This approach allows the effect of each fault on the performance of the stage to be studied, providing a more realistic understanding of their severity. This is achieved through a comparison of the characteristic field of each fault, both among themselves and with the corresponding characteristics of the stage when it is in a healthy operational state. Regarding the models within the MATLAB / Simulink environment, by selecting various pre designed blocks and creating masks, code was developed for modelling the compressor and turbine, respectively, using the stage stacking method. Additionally, libraries from the computational program PROOSIS, written in the EL programming language, were translated into MATLAB and utilized along with NASA's T-MATS library for gas turbine components. Specifically, the computational model of the multi-stage axial compressor and turbine of the Tornado gas turbine was created, as well as the axial multi-stage turbine of the Allison T-56 engine. Furthermore, after designing the three-dimensional geometry of the axial compressor stage 23B20 of NASA, and conducting a grid independence study for simulation, a CFD analysis was performed using Ansys software, both for the healthy state of the stage and various fault conditions. It can be concluded that modelling the compressor and turbine using the stage stacking method leads to an accurate simulation of their operation. Furthermore, modelling faults through three dimensional simulation at the stage level for compressors, as well as the corresponding one dimensional for multi-stage axial compressors and turbines, is considered reliable. This is evidenced by comparing theoretical results among themselves, as well as in accordance with the respective experimental results. In conclusion, the developed models can be used as a ready-made simulation and diagnosis tools for a compressor and turbine, providing the user with their operational status, through the corresponding characteristic field, instantly and reliably.	en
heal.advisorName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Mathioudakis, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	134 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false