نشریه مهندسی مکانیک ایران

نشریه مهندسی مکانیک ایران

تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژی یک موتور توربوفن سازگار با محیط زیست جهت کاربرد در هواپیماهای تجاری

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
سعید نقیان 1
جاماسب پیرکندی 2
مصطفی محمودی 2
مجتبی دهقان منشادی 3
1 دانشجو دکتری تخصصی، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 دانشیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 استاد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
10.30506/ijmep.2025.2041038.1993
چکیده
در این مقاله موتور توربوفن CFM56 از منظر ترمودینامیکی و اگزرژی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. اگزرژی پارامتری کلیدی در جهت تعیین اجزای با بیشترین تلفات در سیستم و تسهیل ­گری برای کمینه کردن این اتلافات و هزینه ­های مرتبط با آنها است. در کنار شبیه سازی عملکرد، استفاده از تحلیل اگزرژی کمک شایانی به کارآمدتر نمودن این وسیله در استفاده از منابع انرژی، کاهش هزینه ­ها و همچنین کاهش آلایندگی ‌های زیست محیطی می ­نماید. در این پژوهش با مطالعه پارامتری سیستم، تأثیر نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، نسبت فشار فن و نوع سوخت بر روی تراست تولیدی سیستم، بازده انرژی و اگزرژی سیستم، مصرف سوخت ویژه سیستم و میزان آلایندگی های زیست محیطی بررسی می ­شود. نتایج نشان می ­دهد که بیشترین تراست تولیدی سیستم در نسبت فشار کمپرسور ۲۰ و به مقدار kN.s/kg ۲۳/۱می باشد. همچنین نتایج نشان می­ دهد که بازده انرژی و اگزرژی سیستم به ترتیب ۴۹/۰ و ۶۲/۰ خواهد بود. نتایج نشان می ­دهد که بیشترین تخریب اگزرژی در نازل اتفاق می ­افتد.
کلیدواژه‌ها
موتور
توربوفن
اگزرژی
تراست
مصرف سوخت ویژه
هواپیمای تجاری
موضوعات
 
[1]               Y. Cangel, and M. A. Boles, “Thermodynamics: An Engineering Approach,” 4th Edition, in SI Units, Singapore (SI): McGraw-Hill, 2002, Cangel: Thermodynamics: an engineering approach 4th... - Google Scholar.
 
[2]               A. F. El-Sayed, “Engineering & Technology: Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines,” 2nd Edition, Boca Raton, CRC Press, 2017.
 
[3]               O. Turan, "Effect of Reference Altitudes for a Turbofan Engine with the Aid of Specific–exergy Based Methode," International Journal of Exergy, Vol. 11, No. 2, pp. 252-270, 2012, https://doi.org/10.1504/IJEX.2012.047337.
 
[4]               Y. Şöhret, A. Dinç, and T. H. Karakoç, "Exergy Analysis of a Turbofan Engine for an Unmanned Aerial Vehicle During a Surveillance Mission," Energy, Vol. 93, pp. 716-729, 2015, https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.09.094.
 
[5]               O. Balli, "Advanced Exergy Analysis of a Turbofan Engine (TFE): Splitting Exergy Destruction into Unavoidable/Avoidable and Endogenous/Exogenous," International Journal of Turbo & Jet-Engines, Vol. 36, ZNo. 3, pp. 305-327, 2019, https://doi.org/10.1515/tjj-2018-0040.
 
[6]               E. Yalcin, "Thrust Performance Evaluation of a Turbofan Engine Based on Exergetic Approach and Thrust Management in Aircraft," International Journal of Turbo & Jet-Engines, Vol. 34, No. 2, pp. 177-186, 2017, https://doi.org/10.1515/tjj-2016-0045.
 
[7]               S. A. Shakariyants, J. P. van Buijtenen, W. P. J. Visser, and A Tarasov "A Multidisciplinary Aero-engine Exhaust Emission Study," in ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea, and Air, 2006, https://doi.org/10.1115/GT2006-90267.  
                                    
[8]               N. Chandrasekaran, and A. Guha, "Study of Prediction Methods for NOx Emission from Turbofan Engines," Journal of Propulsion and Power, Vol. 28, No. 1, pp. 170-180, 2012, https://doi.org/10.2514/1.B34203.
 
[9]               K. G. Kyprianidis, and E. Dahlquist, "On the Trade-off between Aviation NOx and Energy Efficiency," Applied Energy, Vol. 185, pp. 1506-1516, 2017, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.084.
 
[10]           F. Noori, M. Gorji, A. Kazemi, and H. Nemati, "Thermodynamic Optimization of Ideal Turbojet with Afterburner Engines using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 224, No. 12, pp. 1285-1296, 2010, https://doi.org/10.1243/09544100JAERO771.     
 
[11]           V. Patel, V. Savsani, and A. Mudgal, "Efficiency, Thrust, and Fuel Consumption Optimization of a Subsonic/sonic Turbojet Engine” Energy, Vol. 144, pp. 992-1002, 2018,  https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.080.   
 
 
[12]           H. Aygun, and O. Turan, "Exergetic Sustainability off-design Analysis of Variable-cycle Aero-engine in Various Bypass Modes," Energy, Vol. 195, pp. 117008, 2020, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117008.
 
[13]           O. Turan, "Exergo-economic Analysis of a CFM56-7B Turbofan Engine," Energy, Vol. 259, pp. 124936, 2022, https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124936.
 
[14]           P. Kobra, O. Balli, H. Caliskan, S. Al-Rabeei, and U. Kale, "Energy, Exergy, Economic, Environmental, and Sustainability Assessments of the CFM56-3 Series Turbofan Engine used in the Aviation Sector," Energy, Vol. 269, pp. 126765, 2023, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126765.

  • تاریخ دریافت 27 شهریور 1403
  • تاریخ بازنگری 26 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 08 مرداد 1404