Bu tədqiqat, kompressor üçündeki axışkan ilə gövdə, qanad və disk gibi katı parçalar arasındaki istilik transferinin ölçülen və hesaplanan kompressor performansını nasıl etgilədiğini NASA Rotor 37 transonik oxşal kompressorü üzərində araşdırmışdır. Araşdırmada adyabatik divar, 288,15 K temperaturtaki izotermal gövdə, yalnızca gövdəyi içeren eşlenik istilik transferi və gövdə-qanad-disk bərk bölgələrini içeren eşlenik istilik transferi olmak üzere dört sayısal strukturlandırma qarşılaştırılmıştır. İstilik sınır şərtlərı ümumi təzyiq nisbətinı yalnızca məhdud ölçüde değiştirirken, xüsusilə göbək və xarici gövdə yaxınnındaki ümumi temperatur dşəbəkəılımını və geleneksel üsulle hesaplanan səmərəlilik eğrilərini aydın biçimde değiştirmiştir. Bununla belə tədqiqat, temperatur fərqindan hesaplanan səmərəlilik değişiminin tamamının aerodinamik itki değişimi kimi yorumlanamayacşəbəkəını göstərir.

En mühüm termodinamik tapıntı, axınştan bərk bölgələre geçen istilik ekvivalent adyabatik səmərəlilik hesabına dâhil edildiğinde dört strukturlandırmanın səmərəlilik eğrilərinin böyük ölçüde birbirine yaklaşmasıdır. Bu nəticə, geleneksel səmərəlilik eğriləri arasındaki farkların mühüm bir bölümünün axınşın tersinmezliğindeki gerçek bir değişimden değil, enerji bilançosunda istilik axınının hesaba katılmamasından mənbəlandığını düşündürmektedir. Fiziksel duruma en yaxınn seçenek kimi dəyərlendirilən gövdə-qanad-disk eşlenik istilik transferi strukturlandırması, geleneksel səmərəlilik hesabında yalnızca təxminən %0,3 düzeyinde bir iyiləşme üretmiştir; tədqiqatda bu dəyərin mutlak yüzde puanı mı yoksa görəli değişim mi olduğu həmçinin açıklanmamıştır.

Akış alanı nəticələri, istilik transferinin tamamen etkisiz olmadığını da göstərir. Gövde-qanad-disk eşlenik çözümünde göbək yaxınnındaki qanad işi və ümumi təzyiq nisbəti kiçik lakin tutarlı biçimde yükselmiş, kanadın sorma səthindeki arxa kənar künc ayrılmasının başlangıcı gecikmiştir. Bunun əksinə izotermal gövdə şərtu eksperimental səmərəlilik eğrisine daha yaxınn görünmesine rşəbəkəmen gerçek eşlenik istilik transferi çözümünden çox daha fazala soğutma oluşturmuş və uç duvar temperatur profilini fiziksel müddətçle uyuşmayacak ölçüde değiştirmiştir. Buna görə yalnızca eksperimental toplam səmərəlilik eğrisine yaxınnlık, seçilən duvar sərhəd şərtinun fiziksel doğruluğunu sübut etmir.

Sonuçlar yalnızca tek kademeden yalıtılmış NASA Rotor 37 geometrisinin, şəbəkəırlıklı kimi tasarım sürətinın %80’indeki sayısal analizine dayanmaktadır. Tədqiqat bir preprinttir; birbaşa katı temperaturu və ya istilik axını ölçmələriyle doğrulanmış bir eşlenik istilik transferi təcrübəi, çox kademeli kompressor analizi ya da gerçek motor şərtlərində saha doğrulaması sunmamaktadır. Bu nedenle tapıntılar, belirli model varsayımları və sınır şərtlərı üçünde dəyərlendirilmelidir.

Türkiyə baxımından olası əhəmiyyəti

Tədqiqatın Türkiyə’ye ilişkin birbaşa bir məlumat seti və ya tətbiq sonucu bulunmamaktadır. Bununla belə metodoloji nəticə, Türkiyədə yürütülebiləcek gaz türbini, uçak motoru və yüksek sürətli kompressor araşdırmaları açistilikndan mühümdir: Bir hesablamalı axışkanlar dinamikası modelinin eksperimental səmərəlilik eğrisine yaklaşması, istifadə edilən istilik sərhəd şərtinun mutlaka fiziksel kimi doğru olduğu anlamına gelmemektedir. Bulguların Türkiyədəki tasarım tədqiqatlarına aktarılabilmesi üçün gövdə, qanad və disk temperaturlarının ölçüldüğü təcrübələrle eşlenik modellerin doğrulanması; fərqli sürətlar, kademeler və tədqiqat noktalarının incelenmesi; həmçinin ilk kademeden çıkan radyal temperatur profilinin sonraxın kademelerin eşleşmesine etkisinin dəyərlendirilmesi lazımdır. Tədqiqat, herhangi bir yerli motorun performansını, inamılirliğini və ya sənaye başaristiliknı sübut etmir.

Araşdırmanın təməl sualsu nedir?

Araşdırmanın təməl sualsu, kompressorde axışkan ilə katı səthler arasında gerçekleşen istilik transferinin iki fərqli sonucu birbirinden nasıl ayırdığıdır: Birincisi kompressorün gerçek aerodinamik itgiları və qanad işi, ikincisi isə giriş-çıkış temperaturları üzərindən hesaplanan görünür termodinamik səmərəlilikdir. Kompressor hesablamalarında qanad, göbək və xarici gövdə səthlerinin çoğu zaman adyabatik kabul edilmesine qarşın gerçek təcrübə düzenekleri və motorlar çevreleriyle istilik mübadiləsinde bulunur. Bu nedenle çıkış toplam temperaturundaki bir değişiklik yalnızca axınşa aktarılan mekanik işi və ya aerodinamik kaybı değil, katı səthlerden geçen istilikyı da içerebilir.

Tədqiqatçılar xüsusilə şu ayrımı araşdırmışdır: İzotermal bir xarici gövdə şərtunun eksperimental səmərəlilik eğrisine daha iyi uyması, bu şərtun gerçek fiziksel istilik transferini doğru temsil ettiği anlamına mı gelmektedir; yoksa uyum, yalnızca çıkış temperaturunın yapay biçimde düşürülmesinden mi mənbəlanmaktadır?

Tədqiqat neden mühümdir?

Bir kompressorün ümumi təzyiq nisbəti, çıkış temperaturu, səmərəliliki və sabitlik sərhədi motor və ya gaz türbini tasarımının təməl performans göstəriciləridir. Duvarlardan dışarı aktarılan istilik, çıkış temperaturunı düşürdüğünde geleneksel adyabatik səmərəlilik tənliki daha yüksek bir səmərəlilik gösterebilir. Lakin bu yükseliş, qanad keçidindeki şok dalğalarının, sərhəd qatların, uç kaçak axınşının və ya ayrılma bölgelerinin gerçekten iyiləştiği anlamına gelmeyebilir.

Bu ayrım çox kademeli kompressorlerde daha da mühümdir. Bir kademenin çıkışındaki radyal temperatur profili, sonraxın kademenin giriş şərtunu oluşturur. Toplam sıxma nisbəti çox az değişse bilə göbək və ya xarici gövdə yaxınnındaki temperatur dşəbəkəılımının değişmesi, kademeler arası eşleşmeyi etgiləyebilir. Tədqiqat bu çox kademeli etkiyi birbaşa hesablamamış, gelecekte araştırılması gereken bir konu kimi diaqnozmlamıştır.

İncelenen kompressor və tədqiqat şərtlərı

Araşdırma nesnesi, NASA Glenn Research Center tarafından gelişmiş və sekiz kademeli bir nüvə kompressorün giriş kademesi kimi tasarlanmış NASA Rotor 37’dir. Rotor 37, transonik rejimde çalışan, düşük en-boy nisbətlı 36 adet çoxlu dairesel yay biçimli kanada sahip yalıtılmış bir oxşal kompressor rotorudur.

Şegil 1, rotor kanadı, göbək, xarici gövdə, giriş və çıkış bölgelerini hem üçölçülü hem meridyen düzleminde göstərir. Meridyen görünümünde hesablama bölgesinin oxşal uzunluğu təxminən 14,86 cm kimi məlumatlmiştir.

Karşılaştırılan dört istilik strukturlandırma

Yöntem və Şegil 2’deki diaqnozmlara görə doğru strukturlandırma eşleşmesi bu şəgildedir. Buna qarşın nəticə bölümündeki bazı cümlelerde strukturlandırma 2 ilə 3’ün açıklamaları qarışmıştır. Həmçinin nəticə kısmında strukturlandırma 4 zaman zaman “gövdə-disk CHT” kimi kısaltılmış olsa da üsul bölümünde qanad bərk bölgesinin də çözüme dâhil edildiği açıkça qeyd edilmişdir.

Sayısal çözüm nasıl gerçekleştirilmiştir?

Akışkan bölgesindeki üçölçülü Reynolds ortalı Navier-Stokes tənlikleri və bərk bölgələrdeki istilik transferi tənlikleri CFX 2025 yazılımıyla çözülmüştür. Karmpeyəndk sıkıştırılabilir axınş üçün sürüşmə gərginliyi dpeyəndnımı turbulentlik modeli (shear stress transport, SST) və avtomatik divar işlemi istifadə edilmişdir. Tpeyəndnım və turbulentlik terimleri yüksək ayırdetməli sxemyla ayrıklaştırılmıştır.

Rotorun çevresel kimi tekrarlanan geometrisi nedeniyle tək qanad keçidi və fırlanan periodiklik şərtu istifadə edilmişdir. Girişte ümumi təzyiq 101,325 kPa, ümumi temperatur 288,15 K və oxşal axınş diaqnozmlanmış; çıkışta statik təzyiq tətbiq edilmişdir. Dış gövdə duvarı üçün qarşıt dönme duvar şərtu, axışkan-bərk interfeyslərinde isə temperatur ilə normal istilik axını müddətkliliğini sşəbəkəlayan frozen-rotor yaklpeyəndmı istifadə edilmişdir. Bütün bərk bölgələrin materialsi polad kabul edilmiştir.

Yaxınn tepe səmərəliliki və qeyri-sabitlik sərhədina yaxınn seçilmiş tədqiqat noktalarında zamana bşəbəkəlı hesablamalar strukturlmıştır. Tədqiqatçılar bu hesablamaların sabit çözümlere görə biraz daha düşük ümumi təzyiq nisbəti və daha yüksek səmərəlilik verdiğini, böylece eksperimental nəticələra yaklaştığını bildirmiştir. Lakin zaman addımı, toplam fiziksel çözüm müddəti və zamanla bşəbəkəlı şəbəkə müstəqilliyi gibi ayrıntılar mətnde məlumatlmemiştir.

Katı bölge enerji tənliki

Katı bölgedeki enerji tpeyəndnımı aşşəbəkəıdaxın tənlikle ifade edilmiştir:

\[ \frac{\partial(\rho h)}{\partial t}+\nabla\cdot(\rho U_s h)=\nabla\cdot(\lambda\nabla T)+S_E \]

Burada ρ sıxlığı, h özgül entalpiyi, t zamanı, U_s bərk bölgenin hareket sürətinı, λ istilik ilətkenliği, T temperaturu və S_E həcmi enerji kaynşəbəkəını göstərir. Sol taraftaki terimler katıda enerji birikimini və katı hareketiyle enerji tpeyəndnımını; sşəbəkə taraftaki ilətim terimi temperatur qradiyentı nedeniyle katı üçünde yayılan istilikyı temsil eder. Hacimsel bir istilik kaynşəbəkəı bulunması hâlinde bunun etkisi S_E ilə hesaba katılır.

Dış səth tpeyəndnım tənliki

Dış gövdə və ya disk səthinden çevreye geçen istilik axını şu ilişkiyle hesablanmışdır:

\[ q=h_c(T_o-T_w) \]

q, birim səth alanından geçen istilik axınıdır və W/m² birimiyle ifade edilir. h_c tpeyəndnımla istilik transfer katsayistilikdır və W/(m²·K) birimindedir. T_o dış ortam temperaturunı, T_w isə duvar temperaturunı gösterir. İşaret, dış ortam ilə duvar arasındaki temperatur fərqina bşəbəkəlı kimi istiliknın hangi yönde aktığını belirtir.

Ana mətnde təbii konveksiya üçün xarici gövdə katsayistilik 25 W/(m²·K) kimi belirtilirken Şegil 2(b)’də 15 W/(m²·K) yazılmıştır. Bu iki dəyər arasındaki uyuşmazlık mətnde açıklanmamıştır. Dış ortam temperaturu her iki durumda da 288,15 K’dir. Gövde-qanad-disk çözümünü gösteren Şegil 2(c), dış disk səthi üçün təxminən 1100 W/(m²·K) dəyərini göstərir.

Dönen disk üçün Nusselt bşəbəkəıntistilik

Dış disk səthindeki konveksiya əmsalının belirlenmesinde sabit və dönen diskler üçün məlumatlen ampirik bşəbəkəıntı istifadə edilmişdir:

\[ Nu_r=0{,}0253(Re_r)^{0{,}8} \]

Nu_r radyal konuma bşəbəkəlı Nusselt sayistiliknı, Re_r isə yerli Reynolds sayını ifade eden boyutsuz böyüklüklerdir. Nusselt sayistilik, tpeyəndnımla istilik keçidinin yalnızca ilətimle gerçekleşecek istilik aktarımına nisbətinı temsil eder. Reynolds sayının 0,8 kuvveti, dönme və axınş sürətinın artmasıyla tpeyəndnımın doğrusal olmayan biçimde güçlendiğini ifade eder.

Geleneksel adyabatik səmərəlilik

Deneysel və sayısal performansın qarşılaştırılmasında istifadə edilən geleneksel adyabatik səmərəlilik tənliki şöyledir:

\[ \eta_{ad}=\frac{\pi^{(\gamma-1)/\gamma}-1}{T_{t,2}/T_{t,1}-1} \]

η_ad adyabatik səmərəliliki, π ümumi təzyiq nisbətinı, γ xüsusi istilik nisbətinı, T_t,1 giriş ümumi temperaturunı və T_t,2 çıkış toplam temperaturunı gösterir. Denklem, belirli bir sıxma artışı üçün ideal izentropik temperatur artışını gerçek ümumi temperatur artışıyla qarşılaştırır.

Bu diaqnozm duvarlardan istilik geçmediği durumda termodinamik kimi uygundur. Akışkan katı səthlere istilik verdiğinde çıkış temperaturu yalnızca kompressor işi nedeniyle belirlenmez. Bu nedenle istilik kaybı, paydadaki temperatur artışını küçülterek gerçek aerodinamik itgilar değişmese bilə görünürde daha yüksek səmərəlilik üretebilir.

Eşdəyər adyabatik səmərəlilik

İstilik axınını enerji bilançosuna geri oynaqek üçün ekvivalent çıkış toplam temperaturu və ekvivalent adyabatik səmərəlilik diaqnozmlanmıştır:

\[ \eta'_{ad}=\frac{\pi^{(\gamma-1)/\gamma}-1}{T'_{t,2}/T_{t,1}-1} \]

\[ T'_{t,2}=T_{t,2}+\frac{Q}{\dot{m}C_p} \]

T′_t,2, istilik transferi etkisi düzeltilmiş ekvivalent çıkış toplam temperaturudır. Q axış sahəsindan bərk bölgələre geçen toplam istilik transferini, ṁ kütləvi sərfyi və C_p sabit sıxmataki xüsusi istilik tutumuni gösterir. Q/(ṁC_p) terimi, birim axışkan kütləsinden katıya geçen enerjinin temperatur qarşılığıdır.

Gündəlik bir benzetmeyle, geleneksel hesap kompressorden çıkan havanın temperaturunı yalnızca makinenin yaptığı işin sonucu kabul eder. Eşdəyər hesap isə havanın gövdəye bıraktığı istilikyı yeniden enerji bilançosuna ekleyerek, kompressor işini duvar soğutmasının etkisinden ayırmaya çalışır.

Toplam entalpi artışı və Euler qanad işi

Akışkanın ümumi entalpi artımı şu tənlikle hesablanmışdır:

\[ \Delta h_t=C_p(T_{t,2}-T_{t,1}) \]

Δh_t ümumi entalpi artımıdır və J/kg və ya kJ/kg birimindedir. Bu dəyər, giriş ilə çıkış ümumi temperatur farkının xüsusi istilik tutumuyle çarpılmasıyla elde edilir. Isı transferinin bulunduğu durumda bu artış hem rotorun yaptığı işi hem də axışkanın katı səthlerle enerji alışməlumatşini içerir.

Rotor qanadlarının axışkana aktardığı xüsusi iş Euler türbomakine tənlikiyle hesablanmışdır:

\[ L_u=U_2V_{t,2}-U_1V_{t,1} \]

L_u birim kütlə bpeyəndna qanad işini, U yerli qanad çevresel sürətinı və V_t axınşın çevresel sürət komponentini ifade eder. 1 və 2 indisleri giriş və çıkış konumlarını belirtir. Adyabatik durumda Δh_t ilə L_u arasındaki fark duvar sürtünməsiyle ilişgiləndirilirken, istilik transferli strukturlandırmalar arasındaki ek fark katı səthlerden geçen istilikyı yansıtır.

Zorlanmış tpeyəndnım bşəbəkəıntistilik

Turbofan motorunda xarici gövdənin fan çıkışındaki sürətli axınşa maruz kalabiləceği senaryo üçün düz lövhə korrelyasiyası istifadə edilmişdir:

\[ Nu=(0{,}03Re^{0{,}8}-871)Pr^{1/3} \]

Nu Nusselt sayistiliknı, Re Reynolds sayını və Pr Prandtl sayistiliknı ifade eder. Prandtl sayistilik momentum yayılımı ilə istilik yayılım arasındaki nisbəti gösterir. Araşdırmada dış axınş sürəti 100 m/s kabul edilmiş və bu bşəbəkəıntıyla xarici gövdə üçün 250 W/(m²·K) konveksiya əmsalı əldə edilmişdir.

Ağ bşəbəkəımsızlığı və eksperimental müqayisə

Akışkan və bərk bölgələr üçün ayrı şəbəkə müstəqilliyi incelemeleri strukturlmıştır. Akışkan bölgesinde beş şəbəkə seviyesi dəyərlendirilmiş; sabit 105.000 Pa çıxış statik təzyiqinda kütləvi sərf, ümumi təzyiq nisbəti və izentropik səmərəlilik izlenmiştir. Duvara bitişik ilk hüceyrə yüksekliği bütün strukturlandırmalarda 0,003 mm seçilmiş və y⁺ dəyərinin 3’ün altında tutulduğu bildirilmişdir.

Akışkan şəbəkəı 1,05 milyondan 1,22 milyon elemana çıqarıldığında kütləvi sərf değişimi 2×10⁻³ kg/s, izentropik səmərəlilik değişimi isə 4×10⁻⁴ üçünde qalmışdır. Gövde katı şəbəkəı 65 binden 79 bin elemana çıqarıldığında səmərəlilik değişimi 1×10⁻⁵, bütünlhədd istilik axını değişimi 7×10⁻⁴ W üçünde qalmışdır.

Hesaplama maya dəyərii ilə dəqiqlik arasındaki denge üçün axışkan bölgesinde təxminən 1,05 milyon, gövdə bərk bölgesinde 65 bin və disk bərk bölgesinde 79 bin eleman seçilmiştir. Nihai şəbəkəda qanad hündürlüyü boyunca 87 hüceyrə və uç açıklığı üçünde 17 radyal hüceyrə bulunmaktadır. Şegil 5, qanad ucu və axışkan-bərk interfeyslərinde şəbəkəın yoğunlaştırıldığını göstərir.

Şegil 4’te adyabatik çözüm eksperimental NASA Rotor 37 məlumatlariyle qarşılaştırılmıştır. Basınç nisbəti eğrisinin genel biçimi yakalanmış, lakin sayısal dəyərler tədqiqat aralığının böyük bölümünde eksperimental sıxma nisbətindan biraz yüksek qalmışdır. Verim eğrisinin eğilimi yakalanmasına rşəbəkəmen sayısal səmərəlilik eksperimental dəyərlərin altında qalmışdır. Metin, tepe izentropik səmərəlilikindeki sapmanın %3 və diğer bir sapmanın %1,5 üçünde olduğunu bildirmektedir; lakin ikinci nisbətin ümumi təzyiq nisbətina mı yoksa başka bir ölçüte mi ait olduğu cümlede açıkça belirtilmemiştir.

Genel performans eğriləri ne göstərir?

Şegil 6’nın təməl mesajı, istilik transferi şərtlərının ümumi təzyiq nisbətinı çox az, geleneksel tənlikle hesaplanan səmərəliliki isə görünür biçimde değiştirdiğidir. Dört sıxma nisbəti eğrisi tədqiqat aralığı boyunca neredeyse üst üste gelmiştir. Son sabit hesablama noktaları da birbirine yaxınn kalmış; yalnızca gövdə eşlenik istilik transferi strukturlandırmasında kiçik bir sabitlik payı avantajı bildirilmişdir.

İzotermal gövdə strukturlandırması, adyabatik çözüme görə daha yüksek geleneksel səmərəlilik üretmiş və eksperimental səmərəlilik eğrisine daha fazala yaklaşmıştır. Bunun əksinə yalnız gövdəyi və ya gövdə-qanad-diski gerçek katı ilətimiyle çözen eşlenik modeller çox daha məhdud bir termal etki göstərmişdir. Fiziksel açıdan en gerçekçi kabul edilən strukturlandırma 4’te səmərəlilik artışı təxminən %0,3 kimi bildirilmişdir.

Bu müqayisə, izotermal şərtun təcrübəle daha iyi eşleşmesinin tek bpeyəndna fiziksel doğrulama sayılamayacşəbəkəını göstərir. İzotermal duvar, gövdə temperaturunı bütün səth boyunca 288,15 K’ye zorlayarak gerçek katı ilətimi və dış tpeyəndnımla yaranandan çox daha yüksek bir soğutma sşəbəkəlamıştır.

Eşdəyər səmərəlilik neden fərqli bir nəticə vermektedir?

Şegil 7’də istilik axını ekvivalent çıkış temperaturuna eklendiğinde dört ekvivalent adyabatik səmərəlilik eğrisi böyük ölçüde üst üste gelmektedir. Bu, geleneksel səmərəlilik eğriləri arasındaki aydın farkın benzer böyüklükte bir aerodinamik tersinmezlik farkını temsil etmediğini göstərir. Başka bir ifadeyle izotermal gövdənin yüksek görünen səmərəliliki, böyük ölçüde axınştan dışarı çegilən istiliknın kompressor işi gibi dəyərlendirilmemesinden mənbəlanmaktadır.

Tədqiqat bütün aerodinamik itgiların değişmediğini kesin kimi sübut etmir. Göbek yaxınnında kiçik lakin ölçülebilir axış sahəsi değişimleri bulunmuştur. Bununla belə toplam səmərəlilik eğrisindeki böyük görünür fark ilə aerodinamik değişimin böyüklüğü eyni değildir.

Radyal sıxma və temperatur profilleri

Şegil 8’də tepe səmərəliliki şərtundaki ümumi təzyiq nisbəti profilleri, qanad hündürlüyünin böyük bölümünde eksperimental nəticələrla benzer eğilim göstermiş və dört istilik strukturlandırma arasında çox az fark sergiləmiştir. Göbek yaxınnındaki büyütülmüş görünümde strukturlandırma 4’ün kiçik bir ümumi təzyiq nisbəti avantajı görülmektedir.

Toplam temperatur nisbəti profilleri isə istilik sərhəd şərtina daha duyarlıdır. İzotermal gövdə strukturlandırması xarici gövdəye yaxınn üst açıklık bölgesinde en böyük temperatur düşüşünü yaratmışdır. Gövde CHT və gövdə-qanad-disk CHT nəticələri eksperimental temperatur eğilimina izotermal nəticətan daha yaxınn qalmışdır. Göbeğe en yaxınn təxminən %10’luk bölgede strukturlandırma 4, disk və qanad üzərindən gerçekleşen istilik transferi nedeniyle adyabatik göbəkli strukturlandırmalardan fərqli bir temperatur profili üretmiştir.

Şegil 9’daki qeyri-sabitlik sərhədina yaxınn durumda benzer davranış sürmüş, lakin xarici gövdə yaxınnındaki istilik transferinden etgilənen radyal bölge genişlemiştir. İzotermal strukturlandırma yine xarici gövdə yaxınnında en böyük ümumi temperatur azalmasını yaratmışdır. Göbek bölgesinde strukturlandırma 4’ün ümumi təzyiq nisbəti və entalpi dşəbəkəılımındaki kiçik farkları saxlanmışdır.

Entalpi artışı, qanad işi və istilik axını

Şegil 10 və 11, ümumi entalpi artımı ilə Euler qanad işini ayrı ayrı göstərir. Toplam entalpi artışı, xüsusilə göbək və xarici gövdə yaxınnında istilik sərhəd şərtina görə değişmiştir. Bunun əksinə qanad işi profilleri açıklığın böyük bölümünde birbirine çox yaxınn qalmışdır. Bu nəticə, temperatur və entalpi profilindeki değişimin tamamının rotorun axışkana aktardığı mekanik işteki değişimden mənbəlanmadığını destoynaqektedir.

Yapılandırma 4’te göbək yaxınnında qanad işinin kiçik ölçüde yükseldiği görülmüştür. Bu artışa eyni bölgede hafif bir ümumi təzyiq nisbəti yükselişi eşlik etmiştir. Yapılandırma 2 çox daha böyük istilik axını oluşturmasına rşəbəkəmen benzer bir qanad işi və ya sıxma nisbəti kazancı üretmemiştir. Buna görə yalnızca daha fazala soğutma, daha iyi aerodinamik performans anlamına gelmemektedir.

Şok dalğaları və axınş ayrılması

Şegil 12’də tepe səmərəliliki şərtunda sorma səthindeki ayrılmanın arxa kənar yaxınnında başladığı və göbeğe doğru güçlenerek künc ayrılması niteliği kazandığı görülmektedir. Kanat yüksekliğinin təxminən %20’sinin üzərində, oxşal kordun təxminən 0,4’ü civarında düşük divar sürüşmə gərginliyi bölgesi bulunmasına rşəbəkəmen axınş tepe səmərəliliki şərtunda yeniden səthe bşəbəkəlı kalmaktadır.

Şegil 13’te qeyri-sabitlik sərhədina yaklpeyəndldığında ayrılma daha aydın hâle gelmekte, yerli bir ayrılma kabarcığı oluşmakta və axınş daha iləride yeniden səthe bşəbəkəlanmaktadır. Şegil 14’te %90 açıklık kesitindeki ön kənar şokunun sorma səthine çarparak sərhəd qatyla etgiləştiği və ayrılmayı başlattığı görülmektedir. Şegil 15’te %10 açıklık kesitindeki şok daha zəiftır və eyni tür bir şok qaynaqlı ayrılma oluşturmamaktadır.

Genel renk xəritəlarında dört strukturlandırma arasındaki fark kiçik olduğu üçün Şegil 16’da belirli radyal kesitlerde divar sürüşmə gərginliyi eğriləri qarşılaştırılmıştır. %50 açıklıkta ayrılma və yenidən bşəbəkəlanma konumları dört çözümde təxminən eynidır. %10 açıklıkta strukturlandırma 4, arxa kənar künc ayrılmasının başlangıcını diğer strukturlandırmalara görə geciktirmiştir. %90 açıklıkta izotermal strukturlandırma şok qaynaqlı ayrılmayı en fazala geciktiren çözüm kimi görünmektedir; lakin bu nəticə, izotermal şərtun gerçek dışı derecede güclü soğutma oluşturduğu məhdudlığıyla birlikte dəyərlendirilmelidir.

Şegil 17’də qeyri-sabitlik sərhədina yaxınn %10 açıklık kesitindeki statik təzyiq dalğalanmalarının kök orta kvadrat dəyərləri qarşılaştırılmıştır. Yapılandırma 4 ən aşşəbəkəı dalğalanma alanını üretmiş və tədqiqatçılar bunu göbək yaxınnında daha sabit bir axış sahəsina işaret eden bir tapıntı kimi yorumlamıştır. Bu nəticə bütün kompressor üçün eksperimental bir sabitlik garantisi değildir; yalnızca araşdırılan sayısal kesit və tədqiqat noktası üçün geçerlidir.

Dış gövdədeki məcburi konveksiyaın etkisi

Doğal tpeyəndnım yerine 100 m/s dış axınşa qarşılık gelen 250 W/(m²·K) məcburi konveksiya katsayistilik uygulandığında xarici gövdə üzərindən geçen istilik axını aydın biçimde artmışdır. Şegil 18, məcburi konveksiya strukturlandırmasının bazı gövdə bölgelerinde təbii konveksiyaa görə daha yüksek mutlak istilik axını oluşturduğunu göstərir.

Buna qarşın Şegil 19’daki xarici gövdə divar sürüşmə gərginliyi dşəbəkəılımı görünür ölçüde değişmemiştir. Tədqiqatçılar genel kompressor performansında da aydın bir değişiklik tespit etmemiştir. Bu nəticə, dış səth soğutmasının istilik axınını artırmasının axınş geçidindeki aerodinamik strukturyı eyni ölçüde değiştirmediğini göstərir.

Tədqiqatın güclü yönleri

• Adyabatik, izotermal və iki fərqli eşlenik istilik transferi yaklpeyəndmı eyni kompressor və tədqiqat şərtlərı altında qarşılaştırılmıştır.
• Geleneksel səmərəlilik ilə istilik axını düzeltilmiş ekvivalent səmərəlilik ayrılarak termodinamik dəyərləndirmə xətası görünür hâle getirilmiştir.
• Genel performans eğrilərinin yanında radyal profiller, qanad işi, entalpi artışı, divar sürüşmə gərginliyi, Mach sayı və sıxma dalğalanmaları araşdırılmışdır.
• Akışkan və bərk bölgələr üçün şəbəkə müstəqilliyi tədqiqatları strukturlmıştır.
• Adyabatik təməl çözüm NASA Rotor 37 eksperimental performans məlumatlariyle qarşılaştırılmıştır.
• Kararsızlık sınırına yaxınn seçilmiş noktalar zamana bşəbəkəlı çözümlerle həmçinin araşdırılmışdır.
• Dış gövdə təbii konveksiyaına ek kimi məcburi konveksiya senaryosu dəyərləndirilmişdir.

Tədqiqatın məhdudlıkları

• Tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş preprintdir.
• Analiz yalıtılmış tek bir rotorla məhduddur; statorlar və çox kademeli kompressor eşleşmesi hesaplanmamıştır.
• Ayrıntılı inceleme şəbəkəırlıklı kimi tasarım sürətinın %80’ine odaklanmaktadır.
• Katı bölgelerin tamamı polad kabul edilmiştir; gerçek parça materiallari, temas müqavimətleri və örtüklar modellenmemiştir.
• Dış gövdə konveksiya əmsalı ampirik kabullerle müəyyən edilmişdir və təbii konveksiya dəyəri mətn ilə Şegil 2 arasında tutarsızdır.
• Gövde, qanad və disk temperaturlarının və ya istilik axınlarının birbaşa eksperimental ölçməüyle CHT doğrulaması sunulmamıştır.
• Tek geçitli fırlanan periodiklik yaklpeyəndmı çevresel kimi asimmetriyak axınş strukturlarını temsil edemez.
• SST-RANS yaklpeyəndmı bütün geçici turbulentlik və ayrılma miqyaslerini birbaşa çözmez.
• Akışkan-katı interfeysünde frozen-rotor yaklpeyəndmı istifadə edilmişdir.
• Zamana bşəbəkəlı hesapların zaman addımı, nümunəleme müddəti və zamanla bşəbəkəlı yaxınsama ayrıntıları məlumatlmemiştir.
• Sayısal qeyri-sabitlik sərhədi, çıkış basıncının 100 Pa artırılmasının çözümü ıraksatmasıyla müəyyən edilmişdir; bu diaqnozm eksperimental dönən stall və ya surge ölçməüyle eyni değildir.
• Yalnızca şəbəkə müstəqilliyi ayrıntılı kimi sunulmuş; material xüsusiləri, dış konveksiya əmsalı və turbulentlik modeli üçün kapsamlı qeyri-müəyyənlik analizi məlumatlmemiştir.

Tədqiqatın desteklediği nəticələr

• İstilik sınır şərtlərı çıkış toplam temperaturunı və xüsusilə uç duvarlara yaxınn radyal temperatur profilini aydın biçimde etgiləyebilir.
• İstilik axını hesaba katılmadan hesaplanan geleneksel kompressor səmərəliliki, aerodinamik itki değişimini olduğundan böyük gösterebilir.
• İstilik axını ekvivalent adyabatik səmərəlilike dâhil edildiğinde dört strukturlandırma arasındaki səmərəlilik farkı böyük ölçüde azalır.
• Toplam sıxma nisbəti dört istilik strukturlandırma arasında yalnızca kiçik değişiklikler göstərmişdir.
• Gövde-qanad-disk CHT çözümünde göbək yaxınnındaki ayrılma başlangıcı gecikmiş, qanad işi və sıxma nisbəti kiçik ölçüde artmışdır.
• İzotermal gövdənin eksperimental toplam səmərəlilike daha yaxınn nəticə vermesi, sərhəd şərtinun fiziksel kimi doğru olduğunu tek bpeyəndna sübut etmir.
• Dış gövdədeki məcburi konveksiya istilik axınını artırmış, lakin araşdırılan şərtda genel performansı görünür biçimde değiştirmemiştir.

Tədqiqatın kanıtlamadığı nəticələr

• Tədqiqat, izotermal gövdə şərtunun gerçek bir kompressorde doğru sərhəd şərti olduğunu sübut etmir.
• Yaklpeyəndk %0,3 səmərəlilik değişimi gerçek motor ölçeğinde yaxınt tüketimi və ya görəv performansı iyiləşmesi anlamına gelmemektedir.
• Sayısal ayrılma gecikmesi, eksperimental stall marjı və ya surge sınırı artışını birbaşa sübut etmir.
• Tek rotor nəticələri çox kademeli yüksək təzyiq kompressorlerine birbaşa genellerütubətez.
• Tədqiqat belirli bir motor, uçak və ya enerji tedumaninde saha başaristilik göstermemektedir.
• Zorlanmış dış soğutmanın her sürətda, her kompressorde və ya daha yüksək temperatur farklarında etkisiz olduğu sonucuna varılamaz.
• Sayısal model uzun müddətli möhkəmlik, termal gerilme, yorulma və ya parça ömrü dəyərləndirməsi sunmamaktadır.
• Tədqiqat kommersiya bir kompressor tasarımının təhlükəsizlik və ya performans garantisini sşəbəkəlamamaktadır.

Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları

Teknik üsul özeti

Ana tapıntıların müqayisəlı özeti

Genel bilimsel dəyərləndirmə

Araşdırmanın en güclü sonucu, kompressor səmərəlilikinin yorumlanmasında termal enerji alışməlumatşi ilə aerodinamik kaybın birbirinden ayrılması gerektiğini göstermesidir. İzotermal gövdə şərtu eksperimental səmərəlilik dəyərine daha yaxınn nəticə verse də ayrıntılı temperatur profilleri və eşlenik çözümler, bu uyumun fiziksel istilik transferini doğru temsil etmediğini göstərir.

Yerel axış sahəsi açistilikndan istilik transferi tamamen pasif değildir. Kanat və disk bərk bölgələrinin çözüme dâhil edilmesi göbək yaxınnındaki temperatur, ayrılma başlangıcı, təzyiq dalğalanması və qanad işi üzərində kiçik etgilər yaratmışdır. Lakin bu yerli iyiləşmeler, geleneksel səmərəlilik eğrilərinde görülen bütün farkı açıklayacak böyüklükte değildir.

Tədqiqatın çox kademeli kompressorlere ilişkin sonucu bir proqnozdür: Uç duvar temperatur profili aydın biçimde değiştiği üçün sonraxın kademelerin giriş temperaturu və kademe eşleşmesi etgilənebilir. Bu mekanizma mevcut araşdırmada birbaşa test edilmemiştir. Gelecekte çox kademeli geometri, daha böyük gaz-katı temperatur farkları və ölçülmüş katı temperaturlarıyla doğrulanmış CHT modelleri lazımlıdir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatın özgün adı: The Effect of Heat Transfer on the Compressor Performance

Yazarlar və ardıcıllıqları: Xuegao Wang; Hongwei Yan; Yuze Liu; You Zuo; Xinqian Zhen; Baotong Wang.

Eş birinci müəllif: Tədqiqatda eş birinci müəlliflık və ya bərabər töhfə bilgisi belirtilmemiştir.

Sorumlu müəllif: Hongwei Yan. Metinde məsul müəllif e-posta adresi lepidum@outlook.com kimi məlumatlmiştir.

Yazar-qurum eşleşmeleri:

• Xuegao Wang: National Key Laboratory of Transient Physics, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, Çin.
• Hongwei Yan: School of Vehicle and Mobility, Tsinghua University, Pekin, Çin; SinoHawk Power Technology Co., Ltd, Neijiang, Çin.
• Yuze Liu: State Key Laboratory of Multimodal Artificial Intelligence Systems, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin; School of Artificial Intelligence, University of Chinese Academy of Science, Pekin, Çin.
• You Zuo: Digital Twin Research Center, Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academic of Science, Pekin, Çin; National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Light-Duty Gas-Turbine, Chinese Academic of Science, Pekin, Çin.
• Xinqian Zhen: School of Vehicle and Mobility, Tsinghua University, Pekin, Çin.
• Baotong Wang: Institute for Aero Engine, Tsinghua University, Pekin, Çin.

Kurum adları, tədqiqatda məlumatldiği biçime mümkün olduğunca sadık tutulmuştur. Metinde bazı qurumlar üçün “Chinese Academy of Sciences”, bazıları üçün isə “Chinese Academic of Science” yazımı istifadə edilmişdir; bu yazım farkı sessizce tek biçime dönüştürülmemiştir.

DOI: 10.2139/ssrn.7201740

Qaynaq türü: Sayısal modelleme və simulyasiya tədqiqatsı niteliğinde preprint araşdırma makalesi.

Yayın platformau: SSRN.

Dergi: Hakemli bir jurnal adı bu sürümde yer almamaktadır və yayımlanmış jurnal sürümü doğrulanamamıştır.

Yayınevi: Ayrı bir özgün jurnal nəşriyyat bulunmamaktadır. SSRN, Elsevier’e ait bir preprint və erken araşdırma platformaudur; bu kayıt hakemli son jurnal nəşrı değildir.

Yayın yılı: 2026.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat bir preprinttir və rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir. Metnin her sayfasında “Preprint not peer reviewed” uyaristilik bulunmaktadır.

Resmî mənbə keçidsı: https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201740

Veri kullanılabilirliği: Yazarlar, məlumatlarin talep üzerine sşəbəkəlanacşəbəkəını bildirmiştir.

Çıqar çatışması: Yazarlar, tədqiqatı etgiləyebiləcek bilinen bir mali çıqar və ya kişisəl ilişki bulunmadığını beyan etmiştir.

Yazar töhfəsi notu: Makalenin müəllif satırında altı araşdırmacı bulunmasına rşəbəkəmen CRediT töhfə beyanında yalnızca Xuegao Wang və Hongwei Yan’ın görəvleri açıklanmıştır. Xuegao Wang üçün məlumat düzenleme, araşdırma və ilk taslak yazımı; Hongwei Yan üçün biçimsel analiz ilə gözden geçirme və düzenleme görəvleri qeyd edilmişdir. Yuze Liu, You Zuo, Xinqian Zhen və Baotong Wang’ın töhfə rolleri bu sürümde həmçinin açıklanmamıştır.

Bu Türkçe açıklama, yüklenen 15 sayfalık tədqiqat baştan sona incelenerek hazırlanmışdır. Bilimsel üsul, sayısal dəyərler, tənlikler, şəgiller və nəticələr yalnızca tədqiqatda sunulan içerikten aktarılmıştır. Dış mənbəlar yalnızca DOI, SSRN kaydı, platforma niteliği və hakemlik durumunun bibliyoqrafik doğrulanması amacıyla kullanılmış; makalenin bilimsel tapıntılarına dışarıdan yeni nəticə eklenmemiştir.

Tədqiqatın başlıca məhdudlıkları; hakem dəyərləndirməsinden geçmemesi, tek və yalıtılmış rotor geometrisine dayanması, ayrıntılı analizlerin tasarım sürətinın %80’inde yoğunlaşması, gerçek katı temperaturları və istilik axınlarıyla birbaşa eksperimental CHT doğrulaması sunmaması, çox kademeli eşleşmeyi hesablamaması və doğal konveksiya əmsalı ilə bazı strukturlandırma adlandırmalarında mətn içi uyğunsuzluqlar bulunmasıdır. Sonuçlar bu məhdudlıklar diqqəte alınarak okunmalıdır.