Geometric Optimization and Performance Analysis For Convergent-Divergent Nozzle Used By CFM56-7B


Yakar E. C., Karabulut H.

2nd International Congress of Engineering and Natural Sciences, Ankara, Turkey, 7 - 09 May 2022, pp.179-203

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Ankara
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.179-203
  • Kocaeli University Affiliated: Yes

Abstract

Bir turbofan motor, güç üretim ve itki üretim üniteleri olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Güç üretim ünitesi kompresör, yanma odası, türbin ve nozuldan meydana gelmektedir. Güç üretim ünitesi yalnızca güç değil, aynı zamanda itkinin bir kısmını da üretmektedir. İtki, motorun eksoz nozulunda üretilmektedir. En çok kullanılan turbofan motorlardan biri CFM56-7B'dir. Bu motorlarda kullanılan nozul, yakınsak bir nozuldur. Bu çalışmada, yakınsak-ıraksak nozulun CFM56-7B turbofan motorlarına uygulanabilirliği araştırılmıştır. Başlangıçta CFM56-7B motorunun egzoz sistemi SolidWorks 2021 kullanılarak iki boyutlu olarak çizilmiştir. Daha sonra çizim, ANSYS Fluent'e aktarılmış ve Realizable k-ε türbülans modeli kullanılarak Quasi-1D analizi yapılmıştır. Bu analizde nozulun giriş koşulları 121 kN kalkış itki kuvvetine göre belirlenmiştir. Hesaplanan değerler, motorun referans değerleri ile karşılaştırılarak analizin doğruluğu değerlendirilmiştir. Nozul çıkış hızında %5.301 ve itme gücünde %15.132 fark olduğu gözlemlenmiştir. Bu analizde kullanılan yöntemin sağlam olduğu tespit edilmiştir. Daha sonra sıkıştırılabilir akış bağıntıları kullanılarak Ma sayısının 1.3, 1.5, 2 ve 2.5 değerleri için dört farklı yakınsak-ıraksak nozulu tasarlanmış ve verilen referans değerler ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Tasarlanan nozulların itki değerleri, referans değerlerden daha düşük çıkmıştır. Ma=1.3 ve Ma=1.5 olan nozulların çıkış hızları %32.909 ve %45.159 daha yüksek olmasına rağmen itkiyi iyileştirmeye yeterli olmadığı gözlemlenmiştir. Diğer iki nozulda ise nozul içinde şok dalgası oluşumları gözlenmiş ve bu nedenle nozul çıkışlarında büyük hız düşüşleri meydana gelmiştir. Sonuç olarak, süpersonik nozulların CFM56-7B turbofan motorları için uygun olmadığı tespit edilmiştir.