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Authors
Abstract(s)
This work was performed in cooperation with TAP maintenance and engineering, speci cally
the engine shop’s engineering team. The main goal is to analyze the ow around a fan blade
of a CFM56-3 engine. The ow analysis around a blade intends essentially to learn the relations
between the chord variation and the consequent changes in the ow properties, particularly
two, mach number and total pressure, and doing after a results validation process using the
TAP-ME test bench readings as a reference.
The Navier-Stokes equations for compressible and adiabatic ow are the governing equations
of this problem. However, it was necessary to adapt these equatios for a reference moving
frame, so as to be adjusted to a rotating fan problem. The averaged Navier-Stokes equations
are resolved along with the K-W SST turbulence model.
The control volume of this problem was divided in three domains (inlet, blade and outlet) and
three different blade chords were created (small, medium and Large). After control volume
construction the grids were created using the software Turbomesh, two domains use structured
grids and the third uses an unstructured grid and the suitable boundary conditions are applied.
It was chosen the commercial software ANSYS CFX 15 as the most suitable for this study, then
six simulations are performed, three of those simulations were executed in take-off regime and
the other three in maximum continuous.
After the completion of the simulations and the results obtained, the most relevant for this
investigation are selected. The numerical solutions were analyzed in detail for the convergence
and accuracy in order to guarantee the quality of those solutions.
The results are then presented for all simulations in several views and for two essential properties,
mach number and total pressure. Then a comparative analysis is performed for two
parameters in order to learn the differences between variations in blade chord and different
regimes.
Subsequently, there is an analysis to validate the numerical model, in which the numerical
solutions are compared with experimental data taken from one of the databases of the TAP-ME
test bench. The comparison is made for some parameters that can be measured on the test
bench and is then completed and the validity of the model is proofed since there is good
agreement between values. Finally, are present the main ndings of this research and are also
indicated some proposals for future works as well as work that is currently under development,
which aims to apply the results of this work.
Este trabalho foi realizado em cooperação com a equipa de manutenção de motores da TAP Manutenção e Engenharia e surgiu com o intuito de analisar o escoamento em torno das pás da fan do motor CFM56-3. A análise do escoamento em torno da fan pretende essencialmente entender as relações entre a variação da corda e a alteração das propriedades, em particular duas propriedades essenciais, Mach number e Pressão total, procedendo posteriormente á validação dos resultados através das leituras dos testes efetuados no banco de ensaio da TAP-ME. As equações de governo do problema são as equações de Navier-Stokes para escoamento compress ível e adiabático. Foi então necessário adaptar as equações para um um moving reference frame de forma a serem ajustadas ao problema de uma pá em rotação. As equações de Navier Stokes em termos dos valores médios (RANS) são resolvidas, juntamente com o modelo de turbul ência k-w sst. O volume de controlo do problema foi dividido em três domínios (inlet, blade, outlet), e foram criadas três pás com cordas diferentes (pequena, média, grande). Após a construção do volume de controlo foram compostas no software Turbomesh malhas estruturadas em 2 domínios e não estruturada no terceiro e são então aplicadas as condições de fronteira adequadas. Procedeu-se á escolha do software comercial ANSYS CFX 15 como sendo o mais adequado á realização deste estudo, e são então realizadas 6 simulações, destas, três simula ções foram executadas em regime de Take-off e as restantes três em Maximum continuous. Após a realização das simulações e da obtenção de todos os resultados, são selecionados os mais relevantes para a investigação. As soluções numéricas foram então detalhadamente analisadas para a convergência e precisão para garantir a qualidade das mesmas. Os resultados são apresentados para todas as simulações em várias vistas e para duas propriedades essências, Mach number e Pressão total. É então efetuada uma análise comparativa destes dois parâmetros para permitir uma melhor compreensão das diferenças entre as diferentes cordas e diferentes regimes. Posteriormente existe uma análise para a validação do modelo numérico, em que as soluções numéricas são comparadas com os dados experimentais retirados de uma das bases de dados do banco de ensaio da TAP-ME. A comparação é efetuada para alguns parâmetros que podem ser medidos no banco de ensaio e é então concluída a validade do modelo uma vez que existe boa concordância entre valores. Para nalizar são apresentadas as principais conclusões desta investigação e são também indicadas algumas propostas para trabalhos futuros assim como um trabalho que esta atualmente em desenvolvimento, que pretende aplicar os resultados deste trabalho.
Este trabalho foi realizado em cooperação com a equipa de manutenção de motores da TAP Manutenção e Engenharia e surgiu com o intuito de analisar o escoamento em torno das pás da fan do motor CFM56-3. A análise do escoamento em torno da fan pretende essencialmente entender as relações entre a variação da corda e a alteração das propriedades, em particular duas propriedades essenciais, Mach number e Pressão total, procedendo posteriormente á validação dos resultados através das leituras dos testes efetuados no banco de ensaio da TAP-ME. As equações de governo do problema são as equações de Navier-Stokes para escoamento compress ível e adiabático. Foi então necessário adaptar as equações para um um moving reference frame de forma a serem ajustadas ao problema de uma pá em rotação. As equações de Navier Stokes em termos dos valores médios (RANS) são resolvidas, juntamente com o modelo de turbul ência k-w sst. O volume de controlo do problema foi dividido em três domínios (inlet, blade, outlet), e foram criadas três pás com cordas diferentes (pequena, média, grande). Após a construção do volume de controlo foram compostas no software Turbomesh malhas estruturadas em 2 domínios e não estruturada no terceiro e são então aplicadas as condições de fronteira adequadas. Procedeu-se á escolha do software comercial ANSYS CFX 15 como sendo o mais adequado á realização deste estudo, e são então realizadas 6 simulações, destas, três simula ções foram executadas em regime de Take-off e as restantes três em Maximum continuous. Após a realização das simulações e da obtenção de todos os resultados, são selecionados os mais relevantes para a investigação. As soluções numéricas foram então detalhadamente analisadas para a convergência e precisão para garantir a qualidade das mesmas. Os resultados são apresentados para todas as simulações em várias vistas e para duas propriedades essências, Mach number e Pressão total. É então efetuada uma análise comparativa destes dois parâmetros para permitir uma melhor compreensão das diferenças entre as diferentes cordas e diferentes regimes. Posteriormente existe uma análise para a validação do modelo numérico, em que as soluções numéricas são comparadas com os dados experimentais retirados de uma das bases de dados do banco de ensaio da TAP-ME. A comparação é efetuada para alguns parâmetros que podem ser medidos no banco de ensaio e é então concluída a validade do modelo uma vez que existe boa concordância entre valores. Para nalizar são apresentadas as principais conclusões desta investigação e são também indicadas algumas propostas para trabalhos futuros assim como um trabalho que esta atualmente em desenvolvimento, que pretende aplicar os resultados deste trabalho.
Description
Keywords
Cfm56-3 Dfc Fan Mach Number Pressão Total Tap-Me Turbofan