توربین گازی Gas Turbine یک ماشین دوار است که بر اساس انرژی گازهای ناشی از احتراق کار می‌کند. هر توربین گاز شامل یک کمپرسور برای فشرده کردن هوا، یک محفظه احتراق برای مخلوط کردن هوا با سوخت و محترق‌ کردن آن و یک توربین برای تبدیل کردن انرژی گازهای داغ و فشرده به انرژی مکانیکی است. بخشی از انرژی مکانیکی تولید شده در توربین، صرف چرخاندن کمپرسور خود توربین شده و باقی انرژی، بسته به کاربرد توربین گاز، ممکن است ژنراتور برق را بچرخاند (توربو ژنراتور)، به هوا سرعت دهد (توربوجت و توربوفن) و یا مستقیماً (یا بعد از تغییر سرعت چرخش توسط جعبه دنده) به همان صورت مصرف شود (توربوشفت، توربوپراپ و توربوفن). مبنای کار توربین‌های گاز از نظر ترمودینامیکی، بر اساس چرخهٔ برایتون است که در آن، هوا به صورت بی‌دررو فشرده شده، احتراق در فشار ثابت رخ داده و انبساط هوای فشرده و داغ در توربین، به صورت بی‌دررو رخ می‌دهد و هوا به فشار اولیه می‌رسد. در عمل، اصطکاک و توربولانس باعث می‌شوند که:

• فشرده‌سازی هوا در کمپرسور به صورت بی‌دررو نباشد. این موجب می‌شود که برای دست‌یافتن به یک نسبت فشار معین، دمای خروجی کمپرسور بیشتر از حالت ایده‌ال باشد.
• انبساط هوا در توربین به صورت بی‌دررو نباشد. این موجب می‌شود که با ثابت بودن مقدار کاهش دما در توربین، کاهش فشار ناشی از آن افزایش یافته و انبساط کمتری برای تولید کار در توربین فراهم باشد. افت فشار در ورودی هوا، محفظهٔ احتراق و اگزوز وجود داشته باشد.

این موضوع باعث می‌شود که نسبت فشار موجود برای تولید کار کاهش یابد. افت فشار در ورودی هوا باعث کاهش فشار در ورودی کمپرسور و در نتیجه کاهش فشار ورودی محفظهٔ احتراق و توربین می‌شود. افت فشار در محفظه و اگزوز، به ترتیب به کاهش فشار ورودی به توربین و افزایش فشار خروجی توربین می‌انجامند که همهٔ این عوامل، باعث کاهش نسبت فشار موجود در توربین برای تولید کار می‌شوند. با افزایش دمای هوای ورودی به توربین، راندمان توربین‌های گاز افزایش می‌یابد. بنابراین، بهتر است که این دما هر چه بیشتر انتخاب شود. اما در این مورد از نظر تحمل مواد تشکیل‌دهندهٔ محفظهٔ احتراق و پره‌های توربین، محدودیت وجود دارد. بنابراین، در این قسمت‌ها که به آنها بخش‌های داغ Hot Sections گفته می‌شود، از مواد مقاوم به دماهای زیاد مانند سوپر آلیاژها استفاده می‌شود. همچنین این قسمت‌ها با استفاده از تکنولوژی‌های پیچیده‌ای، خنک‌کاری می‌شوند.

مزایای توربین‌های گازی به شرح زیر است:

• نسبت توان به وزن بسیار زیاد: توربین‌های گاز نسبت به موتورهای رفت و برگشتی با توان یکسان، کوچک‌ترند.
• ارتعاش کمتر: به دلیل حرکت در یک جهت ارتعاش توربین‌های گاز از موتورهای رفت و برگشتی کمتر است.
• بخش‌های متحرک کمتر از موتورهای رفت و برگشتی
• هزینهٔ روغن کاری کمتر

همچنین از معایب توربین‌های گازی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گران‌بودن
• دمای کاری زیاد
• راندمان کمتر نسبت به موتورهای رفت و برگشتی در حالت بی‌باری
• کارکرد نامناسب در شرایط نوسان بار

کتاب مرجع توربین های گازی (Gas Turbine Handbook)، نه تنها به عنوان یک مرجع جامع شناخته شده است بلکه پرفروش ترین کتاب در این زمینه نیز می باشد، که در آن اطلاعات اساسی در مورد طرز کار و استفاده مناسب از انواع توربین های گازی به شما داده می شود. در این کتاب در مورد سخت افزار، پارامترهای عملیاتی، کنترل، ورودی و خروجی ها، بازرسی، عیب یابی، کنترل سر و صدا، سیستم های خنک کننده و… بحث می شود. آخرین نسخه این کتاب که در دست شماست شامل فصل های جدید در Microturbines و مطالعات موردی در این خصوص است. این کتاب مشتمل بر 453 صفحه، در 18 فصل، به زبان انگلیسی، همراه با تصاویر به ترتیب زیر گردآوری شده است:

• Chapter 1: THE GAS TURBINE EVOLUTION
• Chapter 2: APPLICATIONS
• Chapter 3: HARDWARE
• Chapter 4: GAS TURBINE SYSTEMS THEORY
• Chapter 5: GAS TURBINE CONTROLS
• Chapter 6: ACCESSORIES - Lube Oil, Coolers, Power
• Chapter 7: PARAMETER CHARACTERISTICS
• Chapter 8: GAS TURBINE INLET TREATMENT
• Chapter 9: GAS TURBINE EXHAUST TREATMENT
• Chapter 10: GAS TURBINE ACOUSTICS
• Chapter 11: MICRO TURBINES
• Chapter 12: DETECTABLE PROBLEMS
• Chapter 13: BOROSCOPE INSPECTION
• Chapter 14: CASE HISTORY 1
• Chapter 15: CASE HISTORY 2
• Chapter 16: CASE HISTORY 3
• Chapter 17: CASE HISTORY 4
• Chapter 18: THE GAS TURBINE’S FUTURE

جهت دانلود کتاب مرجع توربین های گازی بر لینک زیر کلیک نمایید.

توربین های گازی (Gas turbines)

دینامیک سیالات محاسباتی شاخه ای از مکانیک سیالات است که با استفاده از تجزیه و تحلیل عددی و الگوریتم به تجزیه و تحلیل و حل مشکلات جریان سیال می پردازد که در این میان رایانه ها برای انجام محاسبات حاصل از شبیه سازی تداخل مایعات و گازها با سطوح از پیش تعریف شده استفاده می شوند. Next Limit xFlow نرم افزاری به منظور تجزیه و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که با استفاده از فناوری شبکه بولتزمن و طراحی خاص برای شرکت هایی که نیاز به بازخورد دقیق در شبیه سازی جریان، آیرودینامیک گذرا، مدیریت آب و تعامل ساختار مایع دارند، تبدیل به یکی از قوی ترین و محبوب ترین نرم افزارهای این شاخه شده است. از جمله کاربرد های این نرم افزار در صنایعی مانند خودروسازی، هوانوردی، صنایع دریایی، عمران، انرژی و ساخت توربین ها است. با استفاده از معادله بولتزمن که توصیف گر رفتار گاز در مقیاس مزوسکوپی است برنامه قادر به تکثیر محدودیت هیدرودینامیکی بوده و همچنین با بهره گیری از الگوریتم جنبشی مبتنی بر ذرات برای پردازش بسیار سریع با سخت افزار در دسترس طراحی شده است.

طراحی مش بندی در این نرم افزار بسیار ساده است چرا که کاربر می تواند تنها سطحی از جزئیات را وارد کند تا برنامه به صورت هوشمند اقدام به تکمیل مش کند. این نرم افزار از دو مدل سیستم نمایش و پردازش شامل پیش پردازش و پس پردازش بهره می برد و قابلیت برقراری ارتباط با سایر محیط ها شامل STEP ،IGES ،STL ،MSC.ADAMS ،MSC.NASTRAN ،Paraview و Ensight Gold را نیز دارد.

همان طور که می دانید تمامی نرم افزارهای تجاری موجود در بازار در زمینه CFD، بر مبنای حل معادلات ناویر استوکس با روش های مختلف المان محدود، حجم حدود، اختلاف محدود و یا ادغامی از این ها می باشند. برای حل مسئله با روش های فوق معمولا روندی طولانی وجود دارد که علاوه بر صرف وقت، نیازمند امکانات سخت افزاری پیشرفته نیز می باشند. از حدود 20 سال پیش که برای اولین بار از روش های آماری بر اساس معادله انتقال بولتزمن برای حل مسائل مکانیک سیالات مورد استفاده قرار گرفت، توانسته اند به خوبی قابلیت های خود را نشان دهند و با پیشرفت ها و قابلیت های بالایی که داشته اند به مرور در حال جایگزینی با روش های رایج CFD هستند و بدون شک آینده متعلق به این روش های آماری است. نرم افزارهای بسیاری در دهه اخیر بر مبنای روش شبکه بولتزمن (lattice Boltzmann equation) توسعه یافته اند که بدون شک یکی از بهترین های آن ها نرم افزار XFlow می باشد. برای تحلیل یک مسئله سیالاتی در این نرم افزار نیاز به تولید شبکه محاسباتی (Mesh Generation) نمی باشد و در زمره نرم افزارهای Mesh Less قرار می گیرد و از طرفی بر خلاف نرم افزارهای موجود CFD، این برنامه کاملا از روش های لاگرانژی بهره می برد.

گوشه ای از قابلیت ها و توانایی های نرم افزار XFlow عبارتند از:

• تجزیه و تحلیل حرارتی
• روند مش بندی هوشمند
• دو مدل سیستم پردازش شامل پیش پردازش و پس پردازش
• جریان در توده متخلخل
• نمایش به صورت 2D و 3D
• جریان غیر نیوتنی
• انتقال حرارت مزدوج
• شرایط مرزی پیچیده از جمله مدل های وزش باد
• برقراری ارتباط با سایر نرم افزار ها شامل STEP ،IGES ،STL ،MSC.ADAMS ،MSC.NASTRAN ،Paraview و Ensight Gold
• سهولت در استفاده ار آن
• عدم نیاز به تولید شبکه
• سرعت محاسبات بالا
• قابلیت بالا در پردازش نتایج

از معایب نرم افزار XFlow می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• دقت پایین تر نسبت به نرم افزارهایی نظیر FLUENT, CFX
• فقط قابلیت تحلیل مسائل گذرا را دارد
• قابلیت اجرا فقط بر روی ویندوزهای 64 بیتی

در شکل زیر قابلیت های این نرم افزار در کوپل شدن با سایر نرم افزارها را نشان می دهد:

کتاب آموزش نرم افزار XFlow، مشتمل بر 9 فصل، 87 صفحه، با فرمت PDF، به زبان انگلیسی، همراه با تصاویر به ترتیب زیر گردآوری شده است:

Chapter 1: Flow around a cylinder

• Step 1: Create geometry
• Step 2: Problem setup
• Step 3: Run
• Step 4: Post-process
• Refine the resolution
• Moving cylinder - forced motion
• Moving cylinder - constrained motion

Chapter 2: Vehicle aerodynamics

• Step 1: Import geometry
• Step 2: Problem setup
• Step 3: Run
• Step 4: Post-process

Chapter 3: Advanced post processing

• Advanced Post processing

Chapter 4: Dam break

• Step 1: Problem setup
• Step 2: Post-process

Chapter 5: Breaking waves

• Step 1: Problem setup
• Step 2: Post-process
• Porous region

Chapter 6: Ball check valve

• Step 1: Problem setup, no damping
• Step 2: Post-processing
• Step 3: Under-damping case
• Step 4: Critical damping case
• Step 5: Over-damping case

Chapter 7: Wind turbine

• Step 1: Geometry healing
• Step 2: Problem setup
• Step 3: Post-processing
• Constrained behaviour

Chapter 8: Heat transfer

• Step 1: Problem setup
• Step 2: Post-process

Chapter 9: Radiation

• Step 1: Problem setup
• Step 2: Post-process

جهت دانلود کتاب آموزش شبیه سازی و آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی XFlow، بر لینک زیر کلیک نمایید.

آموزش شبیه سازی و آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی XFlow

جهت دانلود ویدئو آموزشی طراحی، مدلسازی و مهندسی معکوس هواپیما بوئینگ 787 از روی تصویر دو بعدی آن در نرم افزار CATIA بر لینک زیر کلیک نمایید:

آموزش کتیا، طراحی، مدلسازی و مهندسی معکوس هواپیما بوئینگ 787 در نرم افزار CATIA

آموزش کتیا، طراحی، مدلسازی و مهندسی معکوس هواپیما بوئینگ 787 در نرم افزار CATIA

جزوه آموزشی درس طراحی هواپیما 1و2 (Aircraft Design) دانشگاه صنعتی امیرکبیر، جزوه ای مفید و کاربردی از درس طراحی هواپیما (Aircraft Design) است که توسط دکتر محمدعلی وزیری به صورت دست نویس با کیفیت عالی تهیه شده است. این جزوه مشتمل بر 133 صفحه، با فرمت pdf، به زبان فارسی، همراه با ذکر نکات و فرمول های مهم و کاربردی گردآوری شده است.

جهت دانلود جزوه آموزشی درس طراحی هواپیما 1و2 (Aircraft Design) دانشگاه صنعتی امیرکبیر برلینک زیر کلیک نمایید:

جزوه آموزشی درس طراحی هواپیما 1و2 (Aircraft Design) دانشگاه صنعتی امیرکبیر