جناب آقای مهندس علی یوسفی دستجردی دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران، از رساله خود با عنوان « مدل‌سازی و شبیه‌سازی موتور توربوجت به منظور مطالعه تجربی واحد کنترل سوخت در فرآیند راه‌اندازی »‏‎ ‎به راهنمایی جناب آقای دکتر مرتضی منتطری در تاریخ 1405/03/11 ساعت 14:00 دفاع خواهد نمود‎.

استاد راهنما: دکتر مرتضی منتطری  

اساتید داور داخلی: دکتر محرم حبیب نژاد کورایم / دکتر رضا تقوی

اساتید داور خارجی: دکتر حسن کریمی / دکتر مهیار نراقی

فرآیند راه‌اندازی در موتورهای توربین گاز‌ هوایی یک مود کاری ناپایا می‌باشد که در آن موتور از وضعیت خاموش به وضعیت خودگردان تغییر حالت می‌دهد. این رژیم کاری موتور یکی از چالش برانگیزترین جنبه‌های مدل‌سازی عملکرد موتورهای توربینی می‌باشد. پدیده‌هایی مانند استال چرخشی، استارت معلق و استارت داغ که ناپایدار و خطرناک هستند ممکن است در حین راه‌اندازی در موتور توربین گاز رخ دهند. تنظیم دبی سوخت در این ناحیه برای دست‌یابی به احتراق پایدار توسط واحد کنترل سوخت، نقش و عملکرد آن را به بخش مهمی در سیستم کنترل موتور تبدیل می‌کند. لذا با توجه به اهمیت برنامه‌ریزی سوخت در فرآیند راه‌اندازی، شناخت رفتار پایا و دینامیکی واحد کنترل سوخت و بررسی عوامل تاثیرگذار بر آن، برای طراحان سیستم کنترل بسیار مهم و با ارزش است. مطالعه تحقیقات گذشته نشان می‌دهد که اگر چه فعالیت‌های تحقیقاتی در زمینه استارت موتور و واحد کنترل سوخت بصورت جداگانه صورت پذیرفته است لکن تا کنون تحقیقی در زمینه مدل‌سازی و شبیه‌سازی موتور به منظور مطالعه واحد کنترل سوخت در فرآیند راه‌اندازی منتشر نشده است.
در این رساله مدل‌سازی و شبیه‌سازی موتور توربوجت به منظور مطالعه تجربی واحد کنترل سوخت در فرآیند راه‌اندازی ارائه شده است. به این منظور، ابتدا مدل‌سازی ریاضی واحد کنترل سوخت موتور توربوجت در دو حالت پایا و گذرا با در نظر گرفتن هم‌پوشانی مثبت اسپول، نشتی و فشارسازی سیال از سرعت دورانی صفر (استارت) انجام گرفته است. اعتبارسنجی مدل پایا در یک استند تست ارزیابی شده و تاثیر تغییر پارامترها بر روی عملکرد حالت پایا و گذرای واحد کنترل سوخت مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس مدل‌سازی دینامیکی موتور توربوجت در فرآیند راه‌اندازی ارائه شده است. بدین منظور، بر اساس پیکربندی واقعی موتور، مدل‌های غیرخطی موتور توربوجت و راه‌انداز توربین بادی آن استخراج و رابطه بین دو مدل غیرخطی از طریق معادله سازگاری توان برای شبیه‌سازی فرآیند تطبیق در مرحله راه‌اندازی برقرار شده است. در مدل‌سازی سیستم راه‌انداز بادی روابط ترمودینامیکی حاکم بر مخزن هوای فشرده و توربین بادی استخراج و ترکیب شده است. همچنین در این رساله، منحنی‌های مشخصه اجزای موتور شامل کمپرسور و توربین جهت استفاده در مدل‌سازی موتور به روش تطبیق اجزا با استفاده از تئوری شباهت در منطقه سرعت پایین برون‌یابی شده‌اند. علاوه بر این، مدل موتور در حالت موتورگردانی خشک (کرنک) و پس از وضعیت خودگردان (پست آیدل) شبیه‌سازی و ارزیابی شده است. در مرحله بعد، مدل موتور و مدل واحد کنترل سوخت در فرآیند راه‌اندازی ترکیب و به صورت هم‌زمان شبیه‌سازی شده‌اند. نهایتا با جایگزینی سخت‌افزار واحد کنترل سوخت به جای مدل، مدل موتور با سخت‌افزار واحد کنترل سوخت به صورت بلادرنگ شبیه‌سازی شده و سیستم مورد تست و ارزیابی قرار گرفته است. در این رساله برای اولین بار مدل‌سازی و شبیه‌سازی راه‌انداز توربین بادی موتور توربوجت و واحد کنترل سوخت آن در شرایط راه‌اندازی و ترکیب آن با مدل ترمودینامیک موتور صورت پذیرفت. اعتبارسنجی‌های انجام شده حاکی از مطابقت خوب نتایج و مدل‌سازی دقیق موتور و اجزای آن می‌باشد. محاسبه میانگین درصد مطلق خطا برای مدل‌های واحد کنترل سوخت و ترمودینامیک موتور در شرایط راه‌اندازی به ترتیب کمتر از 10 و 5 درصد می‌باشند.

کلمات کلیدی:

فرآیند راه‌اندازی، مدل ترمودینامیک، راه‌انداز توربین بادی، سیستم تنظیم سوخت، موتورگردانی خشک