Μοντελοποίηση Αξονικού Συμπιεστή με τη Μέθοδο Συσσώρευσης Βαθμίδων σε Περιβάλλον Αντικειμενοστραφούς Προγραμματισμού

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται η μέθοδος συσσώρευσης βαθμίδων στο υπολογιστικό πρόγραμμα PROOSIS, για τη μοντελοποίηση αξονικού πολυβάθμιου συμπιεστή ώστε να προσδιοριστούν οι επιδόσεις και το πεδίο χαρακτηριστικών αυτού. Στη συνέχεια, το μοντέλο του συμπιεστή, ενσωματώνεται σε μοντέλο αεριοστροβίλου, και μελετώνται τα πλεονεκτήματα της εμβάθυνσης (Zooming) στη μοντελοποίηση της συνιστώσας. Ειδικότερα, συγκρίνονται οι επιδόσεις του μοντέλου του αεριοστροβίλου που φέρει το συμπιεστή με τη μέθοδο συσσώρευσης βαθμίδων, με αυτές αντίστοιχου μοντέλου μηχανής που χρησιμοποιεί χάρτη στο συμπιεστή. Αρχικά επιλέγεται γενικός χάρτης προσαρμοσμένος στο σημείο σχεδίασης, και στη συνέχεια ο χάρτης, όπως αυτός προέκυψε από τη μέθοδο συσσώρευσης βαθμίδων. Ο τελευταίος χάρτης μορφοποιείται κατάλληλα ώστε να φέρει βοηθητικές συντεταγμένες γραμμές –β και να είναι συμβατός με το πρόγραμμα PROOSIS. Τέλος, η μέθοδος συσσώρευσης βαθμίδων εφαρμόζεται για τη μοντελοποίηση απομάστευσης ποσοστού παροχής μάζας εργαζόμενου μέσου, από ενδιάμεση βαθμίδα του συμπιεστή, και μελετάται η επίδραση αυτής στο πεδίο χαρακτηριστικών του τελευταίου. Επιπροσθέτως, η μέθοδος εφαρμόζεται για τη μοντελοποίηση βλάβης σε επίπεδο βαθμίδας. Συγκρίνονται τρείς διαφορετικοί τύποι βλάβης, σχετικά με την επίδρασή τους στο πεδίο χαρακτηριστικών του συμπιεστή. Συμπεραίνεται ότι η μοντελοποίηση του συμπιεστή με τη μέθοδο συσσώρευσης βαθμίδων οδηγεί σε πιστότερη προσομοίωση της λειτουργίας αυτού και του αεριοστροβίλου, σε σχέση με το μοντέλο της μηχανής που χρησιμοποιεί γενικό χάρτη. Η μέθοδος παρέχει τη δυνατότητα μελέτης διάφορων καταστάσεων σε επίπεδο βαθμίδας, όπως αυτό της απομάστευσης και υπό την επίδραση βλάβης.

In this Diploma Thesis, the stage-stacking method is developed, in the gas turbine performance simulation program PROOSIS, in order to model an axial multistage compressor, determine its performance and generate its map. The compressor model is then incorporated in a gas turbine model and the advantages of the zooming technique are studied. In particular, the performance of such an engine model is compared with a corresponding one that uses a compressor component with a conventional map. At first, a generic, scaled at the design point, map is selected. Then, the map that was created using the stage-stacking method is used. The latter map is properly formatted in order to be compatible with PROOSIS which uses auxiliary coordinates. Finally, the stage-stacking method is applied for modeling a varying bleed flow at an intermediate compressor stage. The effect of the varying bleed flow in the compressor map is studied. The method is also applied for modeling faults in the compressor stage. Three different types of faults are compared in correspondence with their effect on the compressor map. In conclusion, the stage-stacking compressor model leads to a more accurate performance simulation, than the model that uses a generic map. The stage-stacking method provides the ability to study various compressor stage conditions, such as a bleed flows and faults at component and engine level.