Ανάπτυξη μεθόδου δημιουργίας χαρτών αξονικού συμπιεστή με χρήση συνδυασμού μονοδιάστατων υπολογισμών και CFD

Καράλης, Στέργιος; Karalis, Stergios

dc.contributor.author	Καράλης, Στέργιος	el
dc.contributor.author	Karalis, Stergios	en
dc.date.accessioned	2025-02-14T11:05:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61113
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28809
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μονοδιάστατη Ανάλυση	el
dc.subject	Χάρτης Λειτουργίας Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή	el
dc.subject	Μοντελοποίηση Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή	el
dc.subject	Μοντέλα Απωλειών Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή	el
dc.subject	1D analysis	en
dc.subject	Comperssor Stage Map	en
dc.subject	Compressor Stage Modelling	en
dc.subject	Surrogate Models For Compressor Losess	en
dc.subject	Nasa Stage 35	en
dc.subject	Nasa Stage 37	en
dc.subject	Compressor Mean Line Model	en
dc.subject	Ansys	en
dc.subject	CFD	el
dc.subject	Προσομοίωση Βαθμίδας Αξονικού Συμπιεστή	el
dc.subject	Compressor Stage Simulation	en
dc.title	Ανάπτυξη μεθόδου δημιουργίας χαρτών αξονικού συμπιεστή με χρήση συνδυασμού μονοδιάστατων υπολογισμών και CFD	el
dc.title	Development of a method for creation of axial compressor maps utilizing a combination of 1-Dimensional Calculations and CFD	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Σχεδιασμός Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
heal.classification	Αξονικός Συμπιεστής	el
heal.dateAvailable	2026-02-13T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-09
heal.abstract	Στην σύγχρονη εποχή η ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων για την προσομοίωση αεριοστροβίλων και την γρήγορη και ακριβή πρόβλεψη της απόδοσης τους αποτελεί σημαντικό πεδίο έρευνας σε ακαδημαϊκό και βιομηχανικό επίπεδο. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη μιας μεθόδου η οποία χρησιμοποιεί συνδυασμό ανάλυσης CFD και μονοδιάστατης ανάλυσης σε επίπεδο βαθμίδας για την δημιουργία χαρτών αξονικού συμπιεστή γρήγορα και με μικρό υπολογιστικό κόστος. Όσον αφορά την ανάλυση CFD, με χρήση του λογισμικού Ansys μοντελοποιoύνται οι βαθμίδες Stage 35 και 37 της NASA αξιοποιώντας τα component systems BladeGen-TurboGrid-CFX και προσομοιώνονται σε διάφορα σημεία λειτουργίας. Ακόμα, εξετάζονται διάφορες διαμορφώσεις της μοντελοποίησης των βαθμίδων με σκοπό την εύρεση της καλύτερης προσέγγισης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Από αυτές τις προσομοιώσεις υπολογίζονται οι παράμετροι επιδόσεων για την δημιουργία των χαρτών λειτουργίας οι οποίοι συγκρίνονται με τους αντίστοιχους πειραματικούς χάρτες καθώς και οι μέσες τιμές μεγεθών που χρησιμοποιούνται μετέπειτα στην μονοδιάστατη ανάλυση. Για την μονοδιάστατη ανάλυση, μέσω εξισώσεων που διέπουν την ροή μέσα από μία βαθμίδα αξονικού συμπιεστή δημιουργούνται σετ τιμών των μεγεθών : συντελεστής απωλειών πίεσης «ω», γωνία παρέκκλισης «deviation», αριθμός «Mach» και γωνία προσβολής «incidence» στην είσοδο της πτερύγωσης (ρότορας ή στάτορας). Χρησιμοποιώντας τα σετ τιμών της μονοδιάστατης ανάλυσης, δημιουργούνται πολυωνυμικά μοντέλα τα οποία συσχετίζουν τον συντελεστή απωλειών πίεσης «ω» και γωνίας παρέκκλισης «deviation» με τον αριθμό «Mach» και την γωνία προσβολής «incidence». Έπειτα, τα μοντέλα αυτά συγκρίνονται με τα αποτελέσματα των μονοδιάστατων υπολογισμών ώστε να διαπιστωθεί η ακρίβεια που πετυχαίνουν στην πρόβλεψη τους. Στη συνέχεια, τα παραπάνω μοντέλα απωλειών καθώς και τα μοντέλα απωλειών εμπειρικών σχέσεων της βιβλιογραφίας εισάγονται σε κώδικα ανάλυσης μέσης γραμμής CML και δημιουργούνται εκ νέου οι χάρτες λειτουργίας οι οποίοι συγκρίνονται με τους χάρτες που προέκυψαν από την ανάλυση CFD. Ακόμα, εξετάζονται διάφορες περιπτώσεις εκπαίδευσης του μοντέλου του κώδικα CML με σκοπό να δοκιμαστεί η ικανότητα του στην προσέγγιση των CFD αποτελεσμάτων. Συμπερασματικά, διαπιστώθηκε ότι με την μοντελοποίηση βαθμίδων αξονικού συμπιεστή και προσομοίωση τους σε ανάλυση CFD προσεγγίζεται αρκετά ικανοποιητικά η πραγματική τους λειτουργία βάσει των συγκρίσεων που πραγματοποιήθηκαν. Επίσης, με την δημιουργία νέων μοντέλων απωλειών και σύγκριση τους με τα υπάρχοντα μοντέλα από εμπειρικές σχέσεις της βιβλιογραφίας γίνεται αντιληπτή η σημαντική βελτίωση που παρέχουν στην πρόβλεψη των επιδόσεων. Έτσι, γίνεται δυνατή η εκτίμηση με γρήγορο και αξιόπιστο τρόπο των επιδόσεων της σχεδιαζόμενης πτερύγωσης.	el
heal.abstract	In the modern era, the development of computational models for simulating gas turbines and the swift and accurate prediction of their performance constitutes a significant field of research at both academic and industrial levels. The purpose of this thesis is to develop a method that utilizes a combination of CFD analysis and one-dimensional analysis at the stage level for the creation of axial compressor performance maps swiftly and with low computational cost. Regarding the CFD analysis, using Ansys software, the stages Stage 35 and Stage 37 of NASA are modeled by utilizing the component systems BladeGen-TurboGrid-CFX, and simulated at various operating points. Additionally, various modelling configurations are examined in order to find the best approach to the experimental results. From these simulations, the performance parameters are calculated to create performance maps and compare them with the corresponding experimental ones, as well as the average values of quantities that are subsequently used in the one-dimensional analysis. For the one-dimensional analysis, through equations that govern the flow through an axial compressor stage, sets of values for the following quantities are generated: pressure loss coefficient «ω», «deviation» angle, «Mach» number, and «incidence» angle at the inlet of the blade row (rotor or stator). Using the sets of values from the one-dimensional analysis, polynomial models are created that correlate the pressure loss coefficient «ω» and the «deviation» angle with the «Mach» number and the «incidence» angle. Those models are then compared with the results of the one-dimensional calculations so as to determine the accuracy they achieve in their predictions. Subsequently, the aforementioned loss models and empirical equations models from the literature are incorporated into the mean-line code CML, and the performance maps are recreated, which are compared with the maps derived from the CFD analysis. Additionally, various cases of training the CML code model are examined to evaluate its ability to approach the CFD results. In conclusion, it was found that with the modeling of axial compressor stages and their simulation in CFD analysis, the real operation can be approached quite satisfactorily based on the comparisons made. Also, by creating new loss models and comparing them with the existing models from empirical equations found in literature, the improvement in accurate performance prediction is evident. Thus, it becomes possible to estimate the performance of the designed compressor stage and its performance maps in a fast and reliable way.	en
heal.advisorName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Mathioudakis, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false