دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

مدل‌سازی و بهینه‌سازی چند هدفه یک موتور توربوفن نمونه از دیدگاه عملکرد، آلایندگی و اگزرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر
چکیده
در این تحقیق، مدل‌سازی و بهینه‌سازی چند وجهی یک موتور توربوفن با نسبت گذر پایین و دارای محفظه اختلاط و پس‌سوز فعال انجام شده‌است. موتور انتخاب شده در نقطه طراحی مدل‌سازی و تحلیل پارامتریک شده‌است. با استفاده از تحلیل اگزرژی بخش‌های مختلف موتور مورد بررسی قرار گرفته‌است. در نتیجه آن، پس‌سوز به‌دلیل وجود واکنش‌های شیمیایی در دمای بالا دارای بیشترین تخریب اگزرژی با توان 42/68 مگاوات با سهم 5/52% از تخریب اگزرژی کل موتور ناکارآمدترین بخش موتور شناخته شده‌است. بعد از آن محفظه احتراق با توان 45 مگاوات ناکارآمدترین بخش محسوب می‌شود. با توجه به بررسی‌های انجام‌شده، میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن موتور در نقطه طراحی معادل 88/7 گرم بر کیلوگرم سوخت تعیین شده‌است. جهت بهینه‌سازی چند جهته موتور از الگوریتم NSGA-II استفاده شد. الگوریتم با جمعیت 10000 و در طی حدود 500 نسل اجرا شده‌است. در فرآیند بهینه‌سازی چهار تابع هدف و ده متغییر تصمیم در نظر گرفته شده‌است. در نتیجه بهینه‌سازی مصرف سوخت ویژه 99/15% کاهش، انتشار اکسیدهای نیتروژن 11/59% کاهش، نیروی رانش ویژه 44/3% افزایش و تخریب اگزرژی کل موتور 66/23% کاهش داشته‌است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Multidisciplinary modeling and simulation turbofan engine from perspective of performance, emission and exergy

نویسندگان English

mostafa mahmoodi 1
mahdi jahromi 1
jamasb pirkandi 2
hossaein norshad 1
1 Malek Ashtar university
2 Malek Ashtar University
چکیده English

This research presents the multi-disciplinary modeling and multi-objective optimization of a low-bypass heavy turbofan engine equipped with a mixer and afterburner. The engine was parametrically analyzed at the design point using exergy analysis to assess the efficiency of its various components. The afterburner was identified as the most inefficient component, responsible for 52.5% of the engine's total exergy destruction, primarily due to high-temperature chemical reactions. The combustion chamber followed as the second-highest source of exergy destruction. The emissions of nitrogen oxides (NOx) from the engine at the design point amounted to 7.88 grams per kilogram of fuel. For optimization, the NSGA-II algorithm was employed, running a population of 10,000 over approximately 500 generations. The optimization considered four objective functions and ten decision variables. The results showed significant improvements: specific fuel consumption reduced by 15.99%, NOx emissions by 59.11%, specific thrust increased by 3.44%, and total exergy destruction decreased by 23.66%.

کلیدواژه‌ها English

Multidisciplinary modeling
Turbofan engine
Performance
Pollutants
Exergy analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 16 فروردین 1404