Ushbu tadqiqot kompressor ichidagi oqim muhiti bilan korpus, parrak va disk kabi qattiq qismlar o‘rtasidagi issiqlik uzatilishi o‘lchangan va hisoblangan kompressor ish samaradorligiga qanday ta’sir qilishini NASA Rotor 37 transonik o‘qiy kompressori misolida o‘rgangan. Tadqiqotda adiabatik devor, 288,15 K haroratdagi izotermik korpus, faqat korpusni o‘z ichiga olgan tutashgan issiqlik uzatilishi va korpus-parrak-disk qattiq sohalarini o‘z ichiga olgan tutashgan issiqlik uzatilishi kabi to‘rtta sonli konfiguratsiya taqqoslangan. Issiqlik chegaraviy shartlari umumiy bosim nisbatini faqat cheklangan darajada o‘zgartirgan bo‘lsa-da, ayniqsa vtulka va tashqi korpus yaqinidagi umumiy harorat taqsimotini hamda an’anaviy usul bilan hisoblangan samaradorlik egri chiziqlarini sezilarli darajada o‘zgartirgan. Biroq tadqiqot harorat farqidan hisoblangan samaradorlik o‘zgarishining barchasini aerodinamik yo‘qotishlarning o‘zgarishi sifatida talqin qilish mumkin emasligini ko‘rsatadi.

Eng muhim termodinamik natija shundaki, oqimdan qattiq sohalarga o‘tgan issiqlik ekvivalent adiabatik samaradorlik hisobiga kiritilganda, to‘rtta konfiguratsiyaning samaradorlik egri chiziqlari katta darajada bir-biriga yaqinlashadi. Bu natija an’anaviy samaradorlik egri chiziqlari orasidagi farqlarning muhim qismi oqimning qaytmasligidagi haqiqiy o‘zgarishdan emas, balki energiya balansida issiqlik oqimi hisobga olinmasligidan kelib chiqishini ko‘rsatadi. Fizik holatga eng yaqin variant deb baholangan korpus-parrak-disk tutashgan issiqlik uzatilishi konfiguratsiyasi an’anaviy samaradorlik hisobida atigi taxminan %0,3 darajasida yaxshilanish hosil qilgan; tadqiqotda bu qiymat mutlaq foiz punkti yoki nisbiy o‘zgarish ekanligi alohida aniqlashtirilmagan.

Oqim maydoni natijalari issiqlik uzatilishi mutlaqo ta’sirsiz emasligini ham ko‘rsatadi. Korpus-parrak-disk tutashgan yechimida vtulka yaqinidagi parrak ishi va umumiy bosim nisbati kichik, ammo izchil ravishda oshgan, parrakning so‘rish yuzasidagi orqa qirra burchak ajralishining boshlanishi kechikkan. Bunga qarshi, izotermik korpus sharti tajribaviy samaradorlik egri chizig‘iga yaqinroq ko‘ringan bo‘lsa-da, haqiqiy tutashgan issiqlik uzatilishi yechimiga qaraganda ancha kuchliroq sovitish hosil qilgan va uch devor harorati profilini fizik jarayonga mos kelmaydigan darajada o‘zgartirgan. Shuning uchun faqat tajribaviy umumiy samaradorlik egri chizig‘iga yaqinlik tanlangan devor chegaraviy shartining fizik to‘g‘riligini isbotlamaydi.

Natijalar faqat bitta pog‘onadan ajratilgan NASA Rotor 37 geometriyasining, asosan loyihaviy tezlikning %80’idagi sonli tahliliga asoslanadi. Tadqiqot preprintdir; qattiq jism harorati yoki issiqlik oqimining bevosita o‘lchovlari bilan tasdiqlangan tutashgan issiqlik uzatilishi tajribasi, ko‘p pog‘onali kompressor tahlili yoki haqiqiy dvigatel sharoitlarida dala validatsiyasini taqdim etmaydi. Shu sababli natijalar muayyan model farazlari va chegaraviy shartlar doirasida baholanishi kerak.

Turkiya nuqtayi nazaridan ehtimoliy ahamiyati

Tadqiqotda Turkiyaga oid bevosita ma’lumotlar to‘plami yoki amaliy natija mavjud emas. Shunga qaramay, metodologik xulosa Turkiyada olib borilishi mumkin bo‘lgan gaz turbinalari, aviadvigatellar va yuqori tezlikli kompressorlar bo‘yicha tadqiqotlar uchun muhimdir: hisoblash suyuqliklar dinamikasi modelining tajribaviy samaradorlik egri chizig‘iga yaqinlashishi qo‘llangan issiqlik chegaraviy sharti albatta fizik jihatdan to‘g‘ri ekanini anglatmaydi. Natijalarni Turkiyadagi loyihalash ishlariga ko‘chirish uchun korpus, parrak va disk haroratlari o‘lchanadigan tajribalar orqali tutashgan modellarni validatsiya qilish; turli tezliklar, pog‘onalar va ish nuqtalarini o‘rganish; shuningdek birinchi pog‘onadan chiqadigan radial harorat profilining keyingi pog‘onalar moslashuviga ta’sirini baholash zarur. Tadqiqot hech qanday mahalliy dvigatelning samaradorligi, ishonchliligi yoki sanoat muvaffaqiyatini isbotlamaydi.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli kompressorda oqim muhiti bilan qattiq yuzalar orasida sodir bo‘ladigan issiqlik uzatilishi ikki xil natijani bir-biridan qanday ajratishidir: birinchisi kompressorning haqiqiy aerodinamik yo‘qotishlari va parrak ishi, ikkinchisi esa kirish-chiqish haroratlari orqali hisoblangan ko‘rinma termodinamik samaradorlikdir. Kompressor hisoblarida parrak, vtulka va tashqi korpus yuzalari ko‘pincha adiabatik deb qabul qilinsa-da, haqiqiy tajriba qurilmalari va dvigatellar atrof-muhit bilan issiqlik almashinadi. Shu sababli chiqishdagi umumiy haroratning o‘zgarishi faqat oqimga uzatilgan mexanik ish yoki aerodinamik yo‘qotishni emas, balki qattiq yuzalardan o‘tgan issiqlikni ham o‘z ichiga olishi mumkin.

Tadqiqotchilar ayniqsa quyidagi farqni o‘rgangan: izotermik tashqi korpus shartining tajribaviy samaradorlik egri chizig‘iga yaxshiroq mos kelishi bu shart haqiqiy fizik issiqlik uzatilishini to‘g‘ri ifodalaydi degan ma’noni anglatadimi yoki moslik faqat chiqish haroratining sun’iy ravishda pasaytirilishidan kelib chiqadimi?

Tadqiqot nega muhim?

Kompressorning umumiy bosim nisbati, chiqish harorati, samaradorligi va barqarorlik chegarasi dvigatel yoki gaz turbinasini loyihalashning asosiy ko‘rsatkichlaridir. Devorlardan tashqariga chiqarilgan issiqlik chiqish haroratini pasaytirganda an’anaviy adiabatik samaradorlik tenglamasi yuqoriroq samaradorlikni ko‘rsatishi mumkin. Ammo bu oshish parrak kanalidagi zarba to‘lqinlari, chegaraviy qatlamlar, uch oqish oqimi yoki ajralish sohalari haqiqatan ham yaxshilangani degani emas.

Bu farq ko‘p pog‘onali kompressorlarda yanada muhimroqdir. Bir pog‘onaning chiqishidagi radial harorat profili keyingi pog‘onaning kirish shartini shakllantiradi. Umumiy bosim nisbati juda oz o‘zgargan taqdirda ham, vtulka yoki tashqi korpus yaqinidagi harorat taqsimotining o‘zgarishi pog‘onalararo moslashuvga ta’sir qilishi mumkin. Tadqiqot ushbu ko‘p pog‘onali ta’sirni bevosita hisoblamagan, uni kelajakda o‘rganilishi kerak bo‘lgan masala sifatida belgilagan.

O‘rganilgan kompressor va ish sharoitlari

Tadqiqot obyekti NASA Glenn Research Center tomonidan ishlab chiqilgan va sakkiz pog‘onali yadro kompressorining kirish pog‘onasi sifatida loyihalangan NASA Rotor 37 hisoblanadi. Rotor 37 transonik rejimda ishlaydigan, past tomonlar nisbati va 36 ta ko‘p doiraviy yoy shaklidagi parraklarga ega ajratilgan o‘qiy kompressor rotoridir.

1-rasm rotor parragi, vtulka, tashqi korpus, kirish va chiqish sohalarini ham uch o‘lchamli, ham meridional tekislikda ko‘rsatadi. Meridional ko‘rinishda hisoblash sohasining o‘q bo‘yicha uzunligi taxminan 14,86 cm deb berilgan.

Taqqoslangan to‘rtta issiqlik konfiguratsiyasi

Usul va 2-rasmdagi ta’riflarga ko‘ra to‘g‘ri konfiguratsiya mosligi shunday. Biroq natijalar bo‘limidagi ayrim jumlalarda 2 va 3-konfiguratsiyalarning izohlari aralashib ketgan. Shuningdek, natijalar qismida 4-konfiguratsiya ba’zan “korpus-disk CHT” deb qisqartirilgan bo‘lsa-da, usul bo‘limida parrak qattiq sohasi ham yechimga kiritilgani aniq ko‘rsatilgan.

Sonli yechim qanday bajarilgan?

Oqim sohasidagi uch o‘lchamli Reynolds o‘rtachalashtirilgan Navier-Stokes tenglamalari va qattiq sohalardagi issiqlik uzatish tenglamalari CFX 2025 dasturida yechilgan. Murakkab siqiluvchan oqim uchun kesish kuchlanishini tashish turbulentlik modeli (shear stress transport, SST) va avtomatik devor ishlovi qo‘llangan. Konveksiya va turbulentlik hadlari yuqori aniqlikdagi sxema bilan diskretlashtirilgan.

Rotor geometriyasi aylana yo‘nalishida takrorlanuvchi bo‘lgani sababli bitta parrak kanali va aylanuvchi davriylik sharti qo‘llangan. Kirishda umumiy bosim 101,325 kPa, umumiy harorat 288,15 K va o‘qiy oqim belgilangan; chiqishda statik bosim qo‘llangan. Tashqi korpus devori uchun qarshi aylanuvchi devor sharti, oqim-qattiq jism interfeyslarida esa harorat va normal issiqlik oqimi uzluksizligini ta’minlaydigan frozen-rotor yondashuvi qo‘llangan. Barcha qattiq sohalarning materiali po‘lat deb qabul qilingan.

Cho‘qqi samaradorlikka yaqin va beqarorlik chegarasiga yaqin tanlangan ish nuqtalarida vaqtga bog‘liq hisoblar bajarilgan. Tadqiqotchilar bu hisoblar barqaror yechimlarga qaraganda biroz pastroq umumiy bosim nisbati va yuqoriroq samaradorlik bergani, shu tariqa tajribaviy natijalarga yaqinlashganini xabar qilgan. Ammo vaqt qadami, umumiy fizik yechim davomiyligi va vaqt bo‘yicha tarmoq mustaqilligi kabi tafsilotlar matnda berilmagan.

Qattiq soha energiya tenglamasi

Qattiq sohadagi energiya tashilishi quyidagi tenglama bilan ifodalangan:

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

Bu yerda ρ zichlikni, h solishtirma entalpiyani, t vaqtni, U_s qattiq sohaning harakat tezligini, λ issiqlik o‘tkazuvchanligini, T haroratni va S_E hajmiy energiya manbasini bildiradi. Chap tomondagi hadlar qattiq jismda energiya to‘planishini va qattiq jism harakati bilan energiya tashilishini; o‘ng tomondagi o‘tkazuvchanlik hadi esa harorat gradienti tufayli qattiq jism ichida tarqaladigan issiqlikni ifodalaydi. Hajmiy issiqlik manbasi mavjud bo‘lsa, uning ta’siri S_E orqali hisobga olinadi.

Tashqi yuza konveksiya tenglamasi

Tashqi korpus yoki disk yuzasidan atrof-muhitga o‘tadigan issiqlik oqimi quyidagi bog‘lanish bilan hisoblangan:

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

q birlik yuza maydonidan o‘tadigan issiqlik oqimidir va W/m² birligida ifodalanadi. h_c konvektiv issiqlik uzatish koeffitsiyenti bo‘lib, W/(m²·K) birligidadir. T_o tashqi muhit haroratini, T_w esa devor haroratini bildiradi. Ishora tashqi muhit bilan devor orasidagi harorat farqiga qarab issiqlik qaysi yo‘nalishda oqayotganini ko‘rsatadi.

Asosiy matnda tabiiy konveksiya uchun tashqi korpus koeffitsiyenti 25 W/(m²·K) deb ko‘rsatilgan bo‘lsa, 2(b)-rasmda 15 W/(m²·K) yozilgan. Bu ikki qiymat orasidagi nomuvofiqlik matnda izohlanmagan. Tashqi muhit harorati har ikki holatda ham 288,15 Kdir. Korpus-parrak-disk yechimini ko‘rsatadigan 2(c)-rasm tashqi disk yuzasi uchun taxminan 1100 W/(m²·K) qiymatini ko‘rsatadi.

Aylanuvchi disk uchun Nusselt bog‘lanishi

Tashqi disk yuzasidagi konveksiya koeffitsiyentini aniqlashda qo‘zg‘almas va aylanuvchi disklar uchun berilgan empirik bog‘lanish qo‘llangan:

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

Nu_r radial holatga bog‘liq Nusselt sonini, Re_r esa mahalliy Reynolds sonini ifodalovchi o‘lchamsiz kattaliklardir. Nusselt soni konveksiya orqali issiqlik uzatilishining faqat o‘tkazuvchanlik orqali sodir bo‘ladigan issiqlik uzatilishiga nisbatini ifodalaydi. Reynolds sonining 0,8 darajasi aylanish va oqim tezligi ortishi bilan konveksiyaning chiziqli bo‘lmagan tarzda kuchayishini anglatadi.

An’anaviy adiabatik samaradorlik

Tajriba va sonli samaradorlikni taqqoslashda ishlatilgan an’anaviy adiabatik samaradorlik tenglamasi quyidagicha:

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

η_ad adiabatik samaradorlikni, π umumiy bosim nisbatini, γ solishtirma issiqliklar nisbatini, T_t,1 kirishdagi umumiy haroratni va T_t,2 chiqishdagi umumiy haroratni bildiradi. Tenglama ma’lum bosim oshishi uchun ideal izentropik harorat oshishini haqiqiy umumiy harorat oshishi bilan taqqoslaydi.

Bu ta’rif devorlardan issiqlik o‘tmaydigan holatda termodinamik jihatdan to‘g‘ridir. Oqim muhiti qattiq yuzalarga issiqlik berganda chiqish harorati faqat kompressor ishi bilan belgilanmaydi. Shu sababli issiqlik yo‘qotilishi maxrajdagi harorat oshishini kamaytirib, haqiqiy aerodinamik yo‘qotishlar o‘zgarmasa ham ko‘rinishda yuqoriroq samaradorlik hosil qilishi mumkin.

Ekvivalent adiabatik samaradorlik

Issiqlik oqimini energiya balansiga qayta qo‘shish uchun ekvivalent chiqish umumiy harorati va ekvivalent adiabatik samaradorlik ta’riflangan:

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

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

T′_t,2 issiqlik uzatilishi ta’siriga tuzatilgan ekvivalent chiqish umumiy haroratidir. Q oqim maydonidan qattiq sohalarga o‘tgan jami issiqlik uzatilishini, ṁ massa sarfini va C_p o‘zgarmas bosimdagi solishtirma issiqlik sig‘imini bildiradi. Q/(ṁC_p) hadi birlik oqim massasi hisobiga qattiq jismga o‘tgan energiyaning harorat ekvivalentidir.

Oddiy o‘xshatish bilan aytganda, an’anaviy hisob kompressordan chiqqan havoning haroratini faqat mashina bajargan ish natijasi deb qabul qiladi. Ekvivalent hisob esa havo korpusga bergan issiqlikni energiya balansiga qayta qo‘shib, kompressor ishini devor sovitishining ta’siridan ajratishga urinadi.

Umumiy entalpiya ortishi va Euler parrak ishi

Oqim muhitining umumiy entalpiya ortishi quyidagi tenglama bilan hisoblangan:

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

Δh_t umumiy entalpiya ortishidir va J/kg yoki kJ/kg birligida ifodalanadi. Bu qiymat kirish va chiqishdagi umumiy harorat farqini solishtirma issiqlik sig‘imiga ko‘paytirish orqali olinadi. Issiqlik uzatilishi mavjud bo‘lgan holatda bu ortish rotor bajargan ishni ham, oqim muhitining qattiq yuzalar bilan energiya almashinuvini ham o‘z ichiga oladi.

Rotor parraklarining oqimga uzatgan solishtirma ishi Euler turbomashina tenglamasi bilan hisoblangan:

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

L_u birlik massa uchun parrak ishini, U mahalliy parrak aylana tezligini va V_t oqimning aylana yo‘nalishidagi tezlik tarkibiy qismini bildiradi. 1 va 2 indekslari kirish va chiqish holatlarini ko‘rsatadi. Adiabatik holatda Δh_t bilan L_u orasidagi farq devor ishqalanishi bilan bog‘lanadi, issiqlik uzatiladigan konfiguratsiyalar orasidagi qo‘shimcha farq esa qattiq yuzalar orqali o‘tgan issiqlikni aks ettiradi.

Majburiy konveksiya bog‘lanishi

Turbofan dvigatelida tashqi korpus fan chiqishidagi tez oqimga duch kelishi mumkin bo‘lgan ssenariy uchun tekis plastina korrelyatsiyasi qo‘llangan:

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

Nu Nusselt sonini, Re Reynolds sonini va Pr Prandtl sonini bildiradi. Prandtl soni impuls tarqalishi bilan issiqlik tarqalishi orasidagi nisbatni ko‘rsatadi. Tadqiqotda tashqi oqim tezligi 100 m/s deb qabul qilingan va ushbu bog‘lanish orqali tashqi korpus uchun 250 W/(m²·K) konveksiya koeffitsiyenti olingan.

Tarmoq mustaqilligi va tajribaviy taqqoslash

Oqim va qattiq sohalar uchun alohida tarmoq mustaqilligi tekshiruvlari o‘tkazilgan. Oqim sohasida beshta tarmoq darajasi baholangan; o‘zgarmas 105.000 Pa chiqish statik bosimida massa sarfi, umumiy bosim nisbati va izentropik samaradorlik kuzatilgan. Devor yonidagi birinchi hujayra balandligi barcha konfiguratsiyalarda 0,003 mm tanlangan va y⁺ qiymati 3 dan pastda ushlab turilgani bildirilgan.

Oqim tarmog‘i 1,05 milliondan 1,22 million elementgacha oshirilganda massa sarfi o‘zgarishi 2×10⁻³ kg/s, izentropik samaradorlik o‘zgarishi esa 4×10⁻⁴ doirasida qolgan. Korpus qattiq tarmog‘i 65 mingdan 79 ming elementgacha oshirilganda samaradorlik o‘zgarishi 1×10⁻⁵, integrallangan issiqlik oqimi o‘zgarishi esa 7×10⁻⁴ W doirasida qolgan.

Hisoblash xarajati va aniqlik o‘rtasidagi muvozanat uchun oqim sohasida taxminan 1,05 million, korpus qattiq sohasida 65 ming va disk qattiq sohasida 79 ming element tanlangan. Yakuniy tarmoqda parrak balandligi bo‘ylab 87 hujayra va uch tirqishi ichida 17 radial hujayra mavjud. 5-rasm parrak uchi va oqim-qattiq jism interfeyslarida tarmoq zichlashtirilganini ko‘rsatadi.

4-rasmda adiabatik yechim tajribaviy NASA Rotor 37 ma’lumotlari bilan taqqoslangan. Bosim nisbati egri chizig‘ining umumiy shakli qayta yaratilgan, biroq sonli qiymatlar ish diapazonining katta qismida tajribaviy bosim nisbatidan biroz yuqori bo‘lib qolgan. Samaradorlik egri chizig‘i tendensiyasi qayta yaratilganiga qaramay, sonli samaradorlik tajribaviy qiymatlardan past qolgan. Matnda cho‘qqi izentropik samaradorlikdagi og‘ish %3 va yana bir og‘ish %1,5 doirasida ekani bildirilgan; ammo ikkinchi nisbat umumiy bosim nisbatiga yoki boshqa mezonga tegishli ekani jumlada aniq ko‘rsatilmagan.

Umumiy samaradorlik egri chiziqlari nimani ko‘rsatadi?

6-rasmning asosiy xabari shuki, issiqlik uzatilishi shartlari umumiy bosim nisbatini juda oz, an’anaviy tenglama bilan hisoblangan samaradorlikni esa ko‘rinadigan darajada o‘zgartiradi. To‘rtta bosim nisbati egri chizig‘i ish diapazoni bo‘ylab deyarli bir-birining ustiga tushgan. Oxirgi barqaror hisob nuqtalari ham bir-biriga yaqin qolgan; faqat korpusning tutashgan issiqlik uzatilishi konfiguratsiyasida kichik barqarorlik zaxirasi afzalligi bildirilgan.

Izotermik korpus konfiguratsiyasi adiabatik yechimga qaraganda yuqoriroq an’anaviy samaradorlik hosil qilgan va tajribaviy samaradorlik egri chizig‘iga ko‘proq yaqinlashgan. Bunga qarshi, faqat korpusni yoki korpus-parrak-diskni haqiqiy qattiq jism o‘tkazuvchanligi bilan yechgan tutashgan modellar ancha cheklangan termik ta’sir ko‘rsatgan. Fizik nuqtayi nazardan eng real deb qabul qilingan 4-konfiguratsiyada samaradorlik oshishi taxminan %0,3 deb bildirilgan.

Bu taqqoslash izotermik shartning tajriba bilan yaxshiroq mos kelishi o‘z-o‘zidan fizik validatsiya deb hisoblanmasligini ko‘rsatadi. Izotermik devor korpus haroratini butun yuza bo‘ylab 288,15 Kga majburlab, haqiqiy qattiq jism o‘tkazuvchanligi va tashqi konveksiya orqali hosil bo‘ladiganidan ancha kuchliroq sovitish yaratgan.

Nega ekvivalent samaradorlik boshqa natija beradi?

7-rasmda issiqlik oqimi ekvivalent chiqish haroratiga qo‘shilganda to‘rtta ekvivalent adiabatik samaradorlik egri chizig‘i katta darajada bir-birining ustiga tushadi. Bu an’anaviy samaradorlik egri chiziqlari orasidagi sezilarli farq shunga o‘xshash kattalikdagi aerodinamik qaytmaslik farqini anglatmasligini ko‘rsatadi. Boshqacha aytganda, izotermik korpusning yuqori ko‘ringan samaradorligi katta darajada oqimdan tashqariga chiqarilgan issiqlikning kompressor ishi sifatida hisoblanmasligidan kelib chiqadi.

Tadqiqot barcha aerodinamik yo‘qotishlar o‘zgarmaganini qat’iy isbotlamaydi. Vtulka yaqinida kichik, ammo o‘lchanadigan oqim maydoni o‘zgarishlari aniqlangan. Shunga qaramay, umumiy samaradorlik egri chizig‘idagi katta ko‘rinma farq bilan aerodinamik o‘zgarish kattaligi bir xil emas.

Radial bosim va harorat profillari

8-rasmda cho‘qqi samaradorlik sharoitidagi umumiy bosim nisbati profillari parrak balandligining katta qismida tajribaviy natijalar bilan o‘xshash tendensiyani ko‘rsatgan va to‘rtta issiqlik konfiguratsiyasi orasida juda oz farq namoyon qilgan. Vtulka yaqinidagi kattalashtirilgan ko‘rinishda 4-konfiguratsiyaning kichik umumiy bosim nisbati afzalligi ko‘rinadi.

Umumiy harorat nisbati profillari esa issiqlik chegaraviy shartiga ko‘proq sezgir. Izotermik korpus konfiguratsiyasi tashqi korpusga yaqin yuqori tirqish sohasida eng katta harorat pasayishini hosil qilgan. Korpus CHT va korpus-parrak-disk CHT natijalari tajribaviy harorat tendensiyasiga izotermik natijadan yaqinroq qolgan. Vtulkaga eng yaqin taxminan %10 lik sohada 4-konfiguratsiya disk va parrak orqali sodir bo‘lgan issiqlik uzatilishi tufayli adiabatik vtulkali konfiguratsiyalardan farqli harorat profilini hosil qilgan.

9-rasmdagi beqarorlik chegarasiga yaqin holatda ham o‘xshash xatti-harakat davom etgan, ammo tashqi korpus yaqinida issiqlik uzatilishidan ta’sirlangan radial soha kengaygan. Izotermik konfiguratsiya yana tashqi korpus yaqinida eng katta umumiy harorat kamayishini hosil qilgan. Vtulka sohasida 4-konfiguratsiyaning umumiy bosim nisbati va entalpiya taqsimotidagi kichik farqlari saqlanib qolgan.

Entalpiya ortishi, parrak ishi va issiqlik oqimi

10 va 11-rasmlar umumiy entalpiya ortishi bilan Euler parrak ishini alohida ko‘rsatadi. Umumiy entalpiya ortishi, ayniqsa vtulka va tashqi korpus yaqinida, issiqlik chegaraviy shartiga qarab o‘zgargan. Bunga qarshi, parrak ishi profillari tirqishning katta qismida bir-biriga juda yaqin qolgan. Bu natija harorat va entalpiya profilidagi o‘zgarishning barchasi rotorning oqimga uzatgan mexanik ish o‘zgarishidan kelib chiqmasligini qo‘llab-quvvatlaydi.

4-konfiguratsiyada vtulka yaqinida parrak ishi oz miqdorda oshgani ko‘rilgan. Bu oshishga xuddi shu sohada umumiy bosim nisbatining yengil ko‘tarilishi hamroh bo‘lgan. 2-konfiguratsiya ancha katta issiqlik oqimi hosil qilganiga qaramay, shunga o‘xshash parrak ishi yoki bosim nisbati yutug‘ini bermagan. Demak, faqat ko‘proq sovitish yaxshiroq aerodinamik samaradorlik degani emas.

Zarba to‘lqinlari va oqim ajralishi

12-rasmda cho‘qqi samaradorlik sharoitida so‘rish yuzasidagi ajralish orqa qirra yaqinida boshlanib, vtulka tomon kuchayishi va burchak ajralishi xususiyatini olishi ko‘rinadi. Parrak balandligining taxminan %20 idan yuqorida, o‘qiy xordaning taxminan 0,4 i atrofida past devor kesish kuchlanishi sohasi bo‘lishiga qaramay, oqim cho‘qqi samaradorlik sharoitida yana yuzaga birikib qoladi.

13-rasmda beqarorlik chegarasiga yaqinlashganda ajralish yanada yaqqol bo‘ladi, mahalliy ajralish pufakchasi hosil bo‘ladi va oqim keyinroq yana yuzaga birikadi. 14-rasmda %90 tirqish kesimidagi old qirra zarba to‘lqini so‘rish yuzasiga urilib, chegaraviy qatlam bilan o‘zaro ta’sirlashishi va ajralishni boshlashi ko‘rinadi. 15-rasmda %10 tirqish kesimidagi zarba to‘lqini kuchsizroq va xuddi shu turdagi zarba sababli ajralishni hosil qilmaydi.

Umumiy rang xaritalarida to‘rtta konfiguratsiya orasidagi farq kichik bo‘lgani uchun 16-rasmda muayyan radial kesimlardagi devor kesish kuchlanishi egri chiziqlari taqqoslangan. %50 tirqishda ajralish va qayta birikish joylari to‘rtta yechimda taxminan bir xil. %10 tirqishda 4-konfiguratsiya orqa qirra burchak ajralishining boshlanishini boshqa konfiguratsiyalarga nisbatan kechiktirgan. %90 tirqishda izotermik konfiguratsiya zarba to‘lqini sababli ajralishni eng ko‘p kechiktirgan yechim sifatida ko‘rinadi; ammo bu natija izotermik shart haqiqiy CHTga nisbatan real bo‘lmagan darajada kuchli sovitish hosil qilishi cheklovi bilan birga baholanishi kerak.

17-rasmda beqarorlik chegarasiga yaqin %10 tirqish kesimidagi statik bosim tebranishlarining o‘rta kvadratik ildiz qiymatlari taqqoslangan. 4-konfiguratsiya eng past tebranish maydonini hosil qilgan va tadqiqotchilar buni vtulka yaqinida barqarorroq oqim maydonini ko‘rsatuvchi natija sifatida talqin qilgan. Bu natija butun kompressor uchun tajribaviy barqarorlik kafolati emas; faqat o‘rganilgan sonli kesim va ish nuqtasi uchun amal qiladi.

Tashqi korpusdagi majburiy konveksiyaning ta’siri

Tabiiy konveksiya o‘rniga 100 m/s tashqi oqimga mos 250 W/(m²·K) majburiy konveksiya koeffitsiyenti qo‘llanganda tashqi korpus orqali o‘tadigan issiqlik oqimi sezilarli oshgan. 18-rasm majburiy konveksiya konfiguratsiyasi korpusning ayrim sohalarida tabiiy konveksiyaga qaraganda yuqoriroq mutlaq issiqlik oqimi hosil qilganini ko‘rsatadi.

Shunga qaramay, 19-rasmdagi tashqi korpus devor kesish kuchlanishi taqsimoti ko‘rinadigan darajada o‘zgarmagan. Tadqiqotchilar umumiy kompressor samaradorligida ham sezilarli o‘zgarish aniqlamagan. Bu natija tashqi yuzani sovitish issiqlik oqimini oshirishi oqim kanalidagi aerodinamik tuzilmani xuddi shu darajada o‘zgartirmasligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Adiabatik, izotermik va ikki xil tutashgan issiqlik uzatilishi yondashuvi bir xil kompressor va ish sharoitlarida taqqoslangan.
• An’anaviy samaradorlik bilan issiqlik oqimi tuzatilgan ekvivalent samaradorlik ajratilib, termodinamik baholash xatosi ko‘rinadigan holga keltirilgan.
• Umumiy samaradorlik egri chiziqlaridan tashqari radial profillar, parrak ishi, entalpiya ortishi, devor kesish kuchlanishi, Mach soni va bosim tebranishlari o‘rganilgan.
• Oqim va qattiq sohalar uchun tarmoq mustaqilligi tadqiqotlari bajarilgan.
• Adiabatik asosiy yechim NASA Rotor 37 tajribaviy samaradorlik ma’lumotlari bilan taqqoslangan.
• Beqarorlik chegarasiga yaqin tanlangan nuqtalar vaqtga bog‘liq yechimlar bilan alohida o‘rganilgan.
• Tashqi korpusning tabiiy konveksiyasiga qo‘shimcha ravishda majburiy konveksiya ssenariysi baholangan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan preprintdir.
• Tahlil ajratilgan bitta rotor bilan cheklangan; statorlar va ko‘p pog‘onali kompressor moslashuvi hisoblanmagan.
• Batafsil tahlil asosan loyihaviy tezlikning %80’iga qaratilgan.
• Barcha qattiq sohalar po‘lat deb qabul qilingan; haqiqiy detal materiallari, kontakt qarshiliklari va qoplamalar modellashtirilmagan.
• Tashqi korpus konveksiya koeffitsiyenti empirik farazlar bilan belgilangan va tabiiy konveksiya qiymati matn bilan 2-rasm o‘rtasida nomuvofiq.
• Korpus, parrak va disk haroratlari yoki issiqlik oqimlarining bevosita tajribaviy o‘lchovi bilan CHT validatsiyasi taqdim etilmagan.
• Bitta kanalga asoslangan aylanuvchi davriylik yondashuvi aylana yo‘nalishida asimmetrik oqim tuzilmalarini ifodalay olmaydi.
• SST-RANS yondashuvi barcha vaqtinchalik turbulentlik va ajralish masshtablarini bevosita yechmaydi.
• Oqim-qattiq jism interfeysida frozen-rotor yondashuvi qo‘llangan.
• Vaqtga bog‘liq hisoblarning vaqt qadami, namuna olish davomiyligi va vaqt bo‘yicha yaqinlashuv tafsilotlari berilmagan.
• Sonli beqarorlik chegarasi chiqish bosimi 100 Pa ga oshirilganda yechimning ajralib ketishi bilan belgilangan; bu ta’rif tajribaviy rotating stall yoki surge o‘lchovi bilan bir xil emas.
• Faqat tarmoq mustaqilligi batafsil taqdim etilgan; material xossalari, tashqi konveksiya koeffitsiyenti va turbulentlik modeli uchun keng qamrovli noaniqlik tahlili berilmagan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• Issiqlik chegaraviy shartlari chiqishdagi umumiy haroratni va ayniqsa uch devorlarga yaqin radial harorat profilini sezilarli ta’sir qilishi mumkin.
• Issiqlik oqimi hisobga olinmasdan hisoblangan an’anaviy kompressor samaradorligi aerodinamik yo‘qotishlar o‘zgarishini aslidan kattaroq ko‘rsatishi mumkin.
• Issiqlik oqimi ekvivalent adiabatik samaradorlikka kiritilganda to‘rtta konfiguratsiya orasidagi samaradorlik farqi katta darajada kamayadi.
• Umumiy bosim nisbati to‘rtta issiqlik konfiguratsiyasi orasida faqat kichik o‘zgarishlar ko‘rsatgan.
• Korpus-parrak-disk CHT yechimida vtulka yaqinidagi ajralish boshlanishi kechikkan, parrak ishi va bosim nisbati oz miqdorda oshgan.
• Izotermik korpusning tajribaviy umumiy samaradorlikka yaqinroq natija berishi chegaraviy shart fizik jihatdan to‘g‘ri ekanini o‘z-o‘zidan isbotlamaydi.
• Tashqi korpusdagi majburiy konveksiya issiqlik oqimini oshirgan, ammo o‘rganilgan sharoitda umumiy samaradorlikni ko‘rinadigan darajada o‘zgartirmagan.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar

• Tadqiqot izotermik korpus sharti haqiqiy kompressorda to‘g‘ri chegaraviy shart ekanini isbotlamaydi.
• Taxminan %0,3 samaradorlik o‘zgarishi haqiqiy dvigatel miqyosida yoqilg‘i sarfi yoki vazifa samaradorligi yaxshilanishini anglatmaydi.
• Sonli ajralishning kechikishi tajribaviy stall zaxirasi yoki surge chegarasi oshishini bevosita isbotlamaydi.
• Bitta rotor natijalarini ko‘p pog‘onali yuqori bosimli kompressorlarga bevosita umumlashtirib bo‘lmaydi.
• Tadqiqot muayyan dvigatel, samolyot yoki energiya qurilmasida dala muvaffaqiyatini ko‘rsatmaydi.
• Majburiy tashqi sovitish har bir tezlikda, har bir kompressorda yoki kattaroq harorat farqlarida samarasiz degan xulosaga kelib bo‘lmaydi.
• Sonli model uzoq muddatli chidamlilik, termik kuchlanish, charchash yoki detal xizmat muddati bahosini taqdim etmaydi.
• Tadqiqot tijoriy kompressor dizaynining xavfsizlik yoki samaradorlik kafolatini bermaydi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Texnik usul xulosasi

Asosiy natijalarning qiyosiy xulosasi

Umumiy ilmiy baholash

Tadqiqotning eng kuchli natijasi kompressor samaradorligini talqin qilishda termik energiya almashinuvi bilan aerodinamik yo‘qotishni bir-biridan ajratish zarurligini ko‘rsatishidir. Izotermik korpus sharti tajribaviy samaradorlik qiymatiga yaqinroq natija bergan bo‘lsa-da, batafsil harorat profillari va tutashgan yechimlar bu moslik fizik issiqlik uzatilishini to‘g‘ri ifodalamayotganini ko‘rsatadi.

Mahalliy oqim maydoni nuqtayi nazaridan issiqlik uzatilishi butunlay passiv emas. Parrak va disk qattiq sohalarining yechimga kiritilishi vtulka yaqinidagi harorat, ajralish boshlanishi, bosim tebranishi va parrak ishiga kichik ta’sirlar ko‘rsatgan. Ammo bu mahalliy yaxshilanishlar an’anaviy samaradorlik egri chiziqlarida ko‘rinadigan barcha farqni tushuntirish uchun yetarli kattalikda emas.

Tadqiqotning ko‘p pog‘onali kompressorlarga oid xulosasi bashorat xarakteridadir: uch devor harorati profili sezilarli o‘zgargani uchun keyingi pog‘onalarning kirish harorati va pog‘onalar moslashuvi ta’sirlanishi mumkin. Bu mexanizm ushbu tadqiqotda bevosita sinovdan o‘tkazilmagan. Kelajakda ko‘p pog‘onali geometriya, kattaroq gaz-qattiq jism harorat farqlari va o‘lchangan qattiq jism haroratlari bilan validatsiya qilingan CHT modellari zarur.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning asl nomi: The Effect of Heat Transfer on the Compressor Performance

Mualliflar va tartibi: Xuegao Wang; Hongwei Yan; Yuze Liu; You Zuo; Xinqian Zhen; Baotong Wang.

Teng birinchi muallif: Tadqiqotda teng birinchi mualliflik yoki teng hissa haqida ma’lumot ko‘rsatilmagan.

Mas’ul muallif: Hongwei Yan. Matnda mas’ul muallif elektron pochta manzili lepidum@outlook.com deb berilgan.

Muallif-muassasa mosliklari:

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

Muassasa nomlari tadqiqotda berilgan shakliga imkon qadar sodiq saqlangan. Matnda ayrim muassasalar uchun “Chinese Academy of Sciences”, boshqalari uchun esa “Chinese Academic of Science” yozuvi ishlatilgan; bu yozuv farqi yashirincha yagona shaklga keltirilmagan.

DOI: 10.2139/ssrn.7201740

Manba turi: Sonli modellashtirish va simulyatsiya tadqiqoti xususiyatidagi preprint ilmiy maqola.

Nashr platformasi: SSRN.

Jurnal: Ushbu versiyada hakamlik jurnali nomi keltirilmagan va nashr etilgan jurnal versiyasi tasdiqlanmagan.

Nashriyot: Alohida asl jurnal nashriyoti mavjud emas. SSRN Elsevierga tegishli preprint va dastlabki tadqiqot platformasidir; bu yozuv hakamlikdan o‘tgan yakuniy jurnal nashri emas.

Nashr yili: 2026.

Hakamlik holati: Ushbu tadqiqot preprint bo‘lib, hakamlik baholashidan o‘tmagan. Matnning har bir sahifasida “Preprint not peer reviewed” ogohlantirishi mavjud.

Rasmiy manba havolasi: https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201740

Ma’lumotlarning mavjudligi: Mualliflar ma’lumotlar so‘rov bo‘yicha taqdim etilishini bildirgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar tadqiqotga ta’sir qilishi mumkin bo‘lgan ma’lum moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat mavjud emasligini bildirgan.

Muallif hissasi haqida izoh: Maqola mualliflar qatorida olti tadqiqotchi mavjud bo‘lsa-da, CRediT hissa bayonotida faqat Xuegao Wang va Hongwei Yanning vazifalari tushuntirilgan. Xuegao Wang uchun ma’lumotlarni tartibga solish, tadqiqot va dastlabki qoralamani yozish; Hongwei Yan uchun formal tahlil hamda ko‘rib chiqish va tahrirlash vazifalari ko‘rsatilgan. Yuze Liu, You Zuo, Xinqian Zhen va Baotong Wangning hissa rollari ushbu versiyada alohida tushuntirilmagan.

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan 15 sahifalik tadqiqot boshidan oxirigacha ko‘rib chiqilib tayyorlangan. Ilmiy usul, sonli qiymatlar, tenglamalar, rasmlar va natijalar faqat tadqiqotda taqdim etilgan mazmundan ko‘chirilgan. Tashqi manbalar faqat DOI, SSRN yozuvi, platforma xususiyati va hakamlik holatini bibliografik tasdiqlash maqsadida ishlatilgan; maqolaning ilmiy natijalariga tashqaridan yangi natija qo‘shilmagan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: hakamlik baholashidan o‘tmaganligi, bitta va ajratilgan rotor geometriyasiga asoslanishi, batafsil tahlillar loyihaviy tezlikning %80’ida jamlangani, haqiqiy qattiq jism haroratlari va issiqlik oqimlari bilan bevosita tajribaviy CHT validatsiyasini taqdim etmasligi, ko‘p pog‘onali moslashuvni hisoblamasligi hamda tabiiy konveksiya koeffitsiyenti va ayrim konfiguratsiya nomlanishlarida matn ichki nomuvofiqliklar mavjudligidir. Natijalar ushbu cheklovlarni hisobga olgan holda o‘qilishi kerak.