Küçük ölçekli gaz türbinli motorlarda yerleşim (Stagger) açısının türbin performansı üzerine etkisi
The effect of stagger angle on turbine performance in small scale gas turbine engines
Yazar: YUSUF SERGEN TAŞCI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELİM TANGÖZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada küçük ölçekli gaz türbinli motorun türbin kısmının HAD çözümü için Fluent 16.0 sürümlü programı kullanılarak simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon soncunda elde edilen verilerin karşılaştırılabilmesi için daha önce üretilmiş ve testleri yapılmış SR-30 küçük ölçekli gaz türbinli motor tercih edilmiştir. Tercih edilmesinin sebeplerinden biri SR-30 motorunda impulse tip türbin kullanılmasıdır. SR-30  motorunun dokümanlarından alınan teknik çizim bilgileri kullanılarak türbinin rotor ve statoru Solidworks programı üzerinden üç boyutlu katı modellemesi yapılmıştır. Referans motor dokümanında verilen analiz sonuçları rotorun 70000 RPM'de dönmesiyle elde edilmiştir. Diğer performans girdileri ise verim hesabında kullanılan türbinin giriş ve çıkışındaki basınç, hız ve sıcaklık değerlerdir. Daha sonra referans türbinin tüm ölçüleri sabit tutularak türbin bladelerine stagger açısı verilmiştir. Bu sayede İmpuls ve Reaktion tip türbinlerin kombinasyonu elde edilmiştir. SR-30 motorunun türbininin rotor kademesinde bulunan bladelerin stagger açısı 10, 20 ve 30 derece değiştirilerek üç farklı katı modelleme oluşturulmuştur. Bu katı modellerin analizinde referans dokümanda yer alan ve doğrulama için kullanılan türbin girişindeki basınç, hız ve sıcaklık değerleri kullanılmıştır ve çıkan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda stagger açısının kademeli olarak arttırılmasıyla izantropik verimde ve çıkış hızında artış gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the solution of computational fluid dynamics (CFD) of the turbine part of the small-scale gas turbine engine was simulated by using the FLUENT program. The SR-30 small-scale gas turbine engine, which was produced and tested before, was preferred for comparison of the data provided from the simulation. One motive of the preference was the usage of the Impulse type turbine in the SR-30 engine. Three-dimensional solid modelling of the rotor and stator of the turbine was made through the SOLIDWORKS program by using the technical drawing information provided from the documents of the SR-30 engine. The analysis results given in the reference motor document were obtained by rotating the rotor at 70000 RPM. Other performance inputs are the pressure, speed and temperature values at the inlet and outlet of the turbine which was used in the efficiency calculation. Subsequently, while the dimensions of the reference turbine were kept constant the stagger angle was given to the turbine blades. Thus, the combination of the Impulse and Reaktion type turbines was attained. Three different solid models were created via changing the stagger angle of the blades in the rotor stage of the turbine of the SR-30 engine by 10, 20 and 30 degrees. The pressure, speed and temperature values at the turbine inlet that are included in the reference document and used for confirmation; were used in the analysis of these solid models, then the findings were compared. As a result of the analysis, it was observed that the isentropic efficiency and output speed was increased with the gradual increase of the stagger angle.