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Performance Optimisation of a Geared Turbofan with Intercooler and Regenerator
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Aeronáutica | por |
| dc.contributor.advisor | Brojo, Francisco Miguel Ribeiro Proença | |
| dc.contributor.author | Domingues, Liliana da Fonte | |
| dc.date.accessioned | 2023-02-20T09:26:32Z | |
| dc.date.available | 2023-02-20T09:26:32Z | |
| dc.date.issued | 2022-03-16 | |
| dc.date.submitted | 2022-01-10 | |
| dc.description.abstract | With the enormous growth of the worldwide air traffic, many voices rise demanding urgent measures against climate changes. Therefore, the environmental and climate concerns are challenging and promoting the aviation sector to adopt innovative strategies and promising developments. Some of these advances, in the propulsion field, aim for more efficient engines that are less fuel dependent and that pollute less (noise and emissions). In this context, the continuous evolution for even more eco-friendly aeroengines, includes the proposal of introducing heat exchangers to meet the challenges of the future. Thus, this dissertation focuses on implementing an intercooler and/or a regenerator in a turbofan to understand the engine’s behaviour, as well as the influence of these two components in the performance parameters, more accurately, to assess the possibility of decreasing fuel consumption without jeopardizing thrust. To accomplish all this, a modern geared turbofan is used as the baseline engine, because this type of engine allows to reach high values of bypass ratios, as well as improves component efficiency and it weighs less than a conventional turbofan, so the extra weight from the heat exchangers have less impact. Furthermore, several engine parameters, such as bypass ratio, fan pressure ratio, compressor pressure ratio and turbine inlet temperature, are varied and theirs impacts on the performance parameters analysed (specific thrust and thrust specific fuel consumption) for each configuration. Besides the parametric study, a performance optimisation of all the four configurations – conventional GTF (Geared Turbofan), GTF with intercooler, GTF with regenerator and GTF with intercooler and regenerator - is done with the help of a genetic algorithm provided by the MATLAB software. The results showed that the conventional configuration is the best option, because it was the configuration with the lowest values of TSFC for a given specific thrust. Nevertheless, if the main concern is power production, production and maintenance costs than fuel costs, then the configuration with only the intercooler might be an interesting option, because it reached high values of specific thrust at lower turbine inlet temperatures. Additionally, if the turbine inlet temperature increases, then the regenerator effect is more pronounced, which might result in lower values of TSFC than the ones of the conventional configuration for the same amount of specific thrust. | eng |
| dc.description.abstract | Com o enorme crescimento do tráfego aéreo mundial, muitas vozes se erguem a exigir medidas urgentes contra as alterações climáticas. Portanto, as preocupações ambientais estão a desafiar e impulsionar o setor da aviação a adotar estratégias inovadoras e desenvolvimentos promissores. Alguns desses avanços, no campo da propulsão, visam motores mais eficientes, com menor consumo de combustível, menores emissões de gases poluentes e menor ruído. Dito isto, a contínua evolução por motores aeronáuticos mais amigos do ambiente, poderá passar pela introdução de permutadores de calor, de modo a responder aos desafios do futuro. Assim sendo, esta dissertação tem como principal objetivo a implementação de um intercooler e/ou regenerador num turbofan, para entender o comportamento do motor, bem como a influência destes dois componentes nos parâmetros de desempenho. Mais concretamente, pretende-se avaliar a possibilidade de diminuir o consumo do combustível sem comprometer a tração. Para que isto seja possível, um motor moderno turbofan com caixa redutora (GTF) é utilizado como motor base, pois este tipo de motor permite atingir valores de razão de bypass elevados, bem como melhorar a eficiência dos componentes e pesar menos que um turbofan convencional, o que implica que o peso extra dos permutadores de calor tenha menos impacto. Nesta dissertação vários parâmetros do motor, como razão de bypass, razão de pressão da fan, razão de pressão do compressor e temperatura de entrada da turbina, são variados e seus impactos nos parâmetros de desempenho analisados (tração específica e consumo específico de tração) para cada configuração. Para além deste estudo paramétrico, realizase também a otimização do desempenho de todas as configurações - GTF convencional, GTF com intercooler, GTF com regenerador e GTF com intercooler e regenerador – com o auxílio de um algoritmo genético disponível no software MATLAB. Os resultados revelaram que a configuração convencional é a melhor opção, na medida em que é a que apresenta os valores mais baixos de TSFC para um dado valor de tração especifica. No entanto, se a principal preocupação é produção de energia e custos associados com a produção e a manutenção, do que custos de combustível então a configuração com apenas o intercooler apresenta-se como uma escolha interessante, pois permite trações específicas elevadas a baixas temperaturas de entrada na turbina. Por fim, caso se verifique uma tendência no aumento da temperatura de entrada na turbina, então o efeito do regenerador é mais significativo, o que muito provavelmente conduzirá a configuração com regenerador a ter valores de TSFC inferiores aos da configuração convencional para o mesmo valor de tração específica. | por |
| dc.identifier.tid | 203225570 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/13029 | |
| dc.language.iso | eng | por |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Bypass | por |
| dc.subject | Ciclo Termodinâmico | por |
| dc.subject | Desempenho | por |
| dc.subject | Estudo Paramétrico | por |
| dc.subject | Intercooler | por |
| dc.subject | Motor de Aeronave | por |
| dc.subject | Otimização | por |
| dc.subject | Regenerador | por |
| dc.subject | Turbofan com Caixa Redutora | por |
| dc.title | Performance Optimisation of a Geared Turbofan with Intercooler and Regenerator | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | por |
| rcaap.type | masterThesis | por |
| thesis.degree.name | Mestrado Integrado em Engenharia Aeronáutica | por |
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