Numerical Analysis of Flow and Heat Transfer within the Air Gap between Rotor and Stator of a Turbo Generator

Koulabadi, Abolfazl and Rahimi, Mostafa (2015) Numerical Analysis of Flow and Heat Transfer within the Air Gap between Rotor and Stator of a Turbo Generator. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Abolfazl Koulabadi .pdf

Download (398kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

The output power of an electrical machine is mainly restricted because of the problems encountered in the cooling of the machine components. Cooling air is circulated in the main duct also there would be some auxiliary flow passages by which injecting jets are induced. In order to investigate the behavior of the injecting jets, a two dimensional domain similar to the space formed between the stator and the rotor in an electrical machine was defined. Numerical analysis was then conducted based on the finite difference scheme using Fluent software. Various turbulent models were employed in the analysis and it was concluded that the standard k-ε model provided a relatively better prediction of the flow and thermal fields. The effect of different parameters such as the relative mass flow rate of the jet and the main flow, the jet diameter and the space between the jets on both the flow and thermal field were then examined using the numerical procedure. The results indicated that for constant jet diameter, the penetration of the jets into the main flow is increased by increasing the space between the jets. It was demonstrated that the jets had better to be arranged in two separate lines, one for slowing down the main flow and the other for making the better mixing.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت در فاصله هوایی بین روتور و استاتوردر توربوژنراتور
Persian Abstract: همواره از مهمترین عوامل محدود کننده توان خروجی در ماشین های الکتریکی مبحث خنک کاری قطعات آن می‌باشد. جریان هوا در این ماشین ها عموما مسیر های ورودی به جریان اصلی و خروجی از آن را شامل می‌شود که اصطلاحاً جت‌های تزریقی نامیده می‌شود. در این تحقیق در ابتدا برای آشکار شدن ماهیت تزریق جت عرضی به جریان اصلی از یک هندسه ساده دو بعدی اما شبیه به هندسه اصلی فاصله هوایی توربوژنراتور، مورد بررسی قرار گرفت. سپس با با توجه به طبیعت سه بعدی جت‌های تزریقی (به دلیل وجود گردابه ها و معادلات سه بعدی جریان آشفته) حل عددی به صورت سه بعدی شبیه سازی شد. حل عددی به روش حجم محدود و به کمک نرم افزارFluent انجام گرفت سپس عدم وابستگی جواب حل عددی به اندازه و تعداد شبکه بررسی شد. به منظور تحلیل میدان جریان و با توجه به طبیعت جت‌های تزریقی مدل‌های مختلف آشفتگی به کارگرفته شد و نتایج حاصل با مجموعه کارهای ویتیگ و همکاران مقایسه شد. از آنجا مشخص شد که مدل آشفتگی k-ε استاندارد نسبت به سایر مدل‌ها پیش بینی بهتری از میدان جریان و پروفیل دما انجام می دهد. در ادامه به منظور بررسی پارامتر‌های موثر بر میدان جریان و پروفیل دما در فاصله هوایی روتور و استاتور اثر پارامتر‌هایی هم چون نسبت شار مومنتوم جت به جریان اصلی، پارامتر‌های هندسی همچون قطر سوراخ، فاصله سوراخ ها نسبت به هم بررسی شد. انتخاب شرط مرزی پریودیک مهمترین شرط مرزی در مطابقت مسیر حرکت جت با واقعیت فیزیکی است. زیرا که گسترش جت را از کنارهها تحت تأثیر قرار می دهد. مشخص شد که افزایش فاصله پریودیک جتها در قطر ثابت باعث افزایش نفوذ جت‌ها می‌شود. همچنین افزایش قطر جت‌ها در فاصله پریودیک ثابت باعث افزایش نسبت دبی شده و نفوذ جت را افزایش می دهد. به منظور نفوذ و اختلاط بهینه در ناحیه رقیق سازی باید از ترکیب دو حالت بالا استفاده کردیعنی یک ردیف جت با قطر زیاد و فاصله پریودیک متناسب با اثر سدکنندگی و سپس یک ردیف سوراخ‌های با قطر کم و فاصله پریودیک کم.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Rahimi, MostafaUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Date Deposited: 25 Nov 2018 19:38
Last Modified: 25 Nov 2018 19:38
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/2205

Actions (login required)

View Item View Item