No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

The loss of performance of a gas turbine engine at off-design is primarily due to the rapid drop of the major cycle performance parameters with decrease in power and this may be aggravated by poor component performance. More and more stringent requirements are being put on the performance demanded from gas turbines and if future engines are to exhibit performances superior to those of present day: engines, then a means must be found of controlling engine cycle such that the lapse rate of the major cycle parameters with power is reduced. In certain applications, it may be desirable to vary engine cycle with operating conditions in an attempt to re-optimize performance. Variable geometry in key engine components offers the advantage of either improving the internal performance of a component or re-matching engine cycle to alter the flow-temperature-pressure relationships. Either method has the potential to improve engine performance. Future gas turbines, more so those for aeronautical applications, will extensively use variable geometry components and therefore, a tool must exist which is capable of evaluating the off-design performance of such engines right from the conceptual stage. With this in mind, a computer program was developed which can simulate the steady state performance of arbitrary gas turbines with or without variable geometry in the gas path components. The program is a thermodynamic component-matching analysis program which uses component performance maps to evaluate the conditions of the gas at the various engine stations. The program was used to study the performance of a number of cycles incorporating variable geometry and it was concluded that variable geometry can significantly improve the off-design performance of gas turbines.

No description available.

No description available.

Αρκετές φορές υπήρξαν επιστημονικές ανακαλύψεις που περίμεναν την δημιουργία νέων ή την βελτίωση γνωστών υλικών, προτού βρούν εφαρμογή. Σε άλλες περιπτώσεις πάλι, καινοτομίες στην τεχνολογία των υλικών υπήρξαν το κίνητρο για την ανάπτυξη νέων εφαρμογών και εφευρέσεων. Είναι πράγματι εντυπωσιακό το πόσα από τα σύγχρονα τεχνολογικά επιτεύγματα οφείλουν την ύπαρξή τους στην, τυχαία πολλές φορές, ανακάλυψη ενός πρωτοποριακού υλικού, μιας νέας μεθόδου επεξεργασίας, ή άγνωστων ιδιοτήτων σε γνώριμα υλικά. Σήμερα ο τομέας των υλικών αποτελεί ανεξάρτητο πεδίο επιστημονικής έρευνας με έντονη δραστηριότητα. Παράλληλα επιτελείται σημαντικό έργο με στόχο την αξιοποίηση από την τεχνολογία, των ερευνητικών αποτελεσμάτων της επιστήμης των υλικών. Μία άποψη της δραστηριότητας αυτής είναι η εισαγωγή σε πειραματικό επίπεδο, νέων υλικών σε γνωστές εφαρμογές. Αν και αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα, ωστόσο η υιοθέτηση ενός υλικού από την βιομηχανία με την είσοδό του στην παραγωγή, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Ένας από τους πιο καθοριστικούς, ειδικά όσο αφορά εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, είναι η δυνατότητα προσαρμογής των διαδικασιών σχεδιασμού στις συνθήκες που διαμορφώνονται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς του υλικού, σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Σε αυτό το γενικό πλαίσιο εντάσεται η παρούσα εργασία, η οποία έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη μεθοδολογίας σχεδιασμού, κατάλληλης για εφαρμογή σε στοιχεία από Σύνθετα Κεραμικά Υλικά Συνεχών Ινών (Continuous Fiber Ceramic Composites – CFCC’s) καταπονούμενα από θερμομηχανικά φορτία. Τα ΣΚΥ Συνεχών Ινών αποτελούν εξελιγμένη μορφή των Προηγμένων Κεραμικών Υλικών, τα οποία είναι ίσως τα πλέον ανθεκτικά υλικά σε περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών που έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα. Τα ΣΚΥ είναι αντικείμενο συνεχούς έρευνας και ανάπτυξης και αναμένεται να επιφέρουν σημαντική πρόοδο σε πολλούς τομείς. Μία από τις πολλές εφαρμογές για τις οποίες θεωρούνται ελκυστικά, είναι οι στροβιλοκινητήρες αεροχημάτων και οι στροβιλομηχανές παραγωγής ενέργειας. Η αντικατάσταση των μεταλλικών κραμμάτων από ΣΚΥ στα «θερμά» μέρη των στροβιλομηχανών εκτιμάται ότι είναι δυνατό να επιφέρει αύξηση του βαθμού απόδοσης έως και 20% με ταυτόχρονη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων. Στην περιοχή αυτή εστιάζεται η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας και συγκεκριμένα στον σχεδιασμό και την ανάλυση ενός πρότυπου θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής κατασκευασμένου από ΣΚΥ. Η μεθοδολογία αυτή επιχειρεί να καλύψει τις ιδιαίτερες απαιτήσεις της μοντελοποίησης των ΣΚΥ και της ανάλυσης στοιχείων κατασκευών από ΣΚΥ, που προκύπτουν από τα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς τους στις συνθήκες λειτουργίας των στροβιλομηχανών. Ως βασικό στοιχείο της μεθοδολογίας σχεδιασμού συμπεριλαμβάνεται στην παρούσα εργασία και η λεπτομερής περιγραφή του πειραματικού χαρακτηρισμού ενός τύπου ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση οξειδίων. Στην διαδικασία αυτή εισάγεται και μια πρωτότυπη μέθοδος ποσοτικού χαρακτηρισμού που στηρίζεται σε μη-καταστροφικές δοκιμές με χρήση υπερήχων. Η διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου, όσο αφορά το πειραματικό και το υπολογιστικό μέρος της αναπτύχθηκε εξ’ολοκλήρου στα πλαίσια της παρούσας εργασίας και επιτρέπει την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό ανισότροπης βλάβης σε ΣΚΥ. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων της διαδικασίας χαρακτηρισμού, οδηγεί στην διαμόρφωση μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει την μηχανική συμπεριφορά του υλικού κάτω από δεδομένες συνθήκες λειτουργίας. Συγκεκριμένα, όσο αφορά τα ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση από οξείδιο του αλουμινίου στα οποία εστιάζεται η εργασία, διαπιστώθηκε υποβάθμιση των ελαστικών ιδιοτήτων και της αντοχής λόγω παραμονής του υλικού σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Η υποβάθμιση αυτή προσδιορίστηκε ποσοτικά σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας και του χρόνου έκθεσης. Η μεθοδολογία σχεδιασμού στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάλυση και προσομοίωση της λειτουργίας στοιχείων κατασκευών με την μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Σημαντικό μέρος της παρούσας εργασίας αφορά την ανάπτυξη υπολογιστικού κώδικα ο οποίος επιτυγχάνει την προσαρμογή του πρωτότυπου μοντέλου υλικού σε εμπορικό λογισμικό ανάλυσης με ΠΣ. Επιπρόσθετα ο υπολογιστικός κώδικας εφαρμόζει μοντελοποίηση προοδευτικής αστοχίας που περιλαμβάνει τρείς ξεχωριστούς μηχανισμούς δομικής αστοχίας. Τέλος, ο κώδικας αυτός χρησιμοποιείται στην προσομοίωση της λειτουργίας ενός τυπικού θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής παραγωγής ενέργειας σε συνθήκες σταθερής κατάστασης (steady state), κατασκευασμένου από στρωματοποιημένο ΣΚΥ συνεχών ινών και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης. / -

No description available.

Radial gas turbines engines have established prominence in the field of small turbomachinery because of their simplicity, relatively high performance and installation features. Thus they have been used in a variety of applications such as generator sets, small auxiliary power units (APu), air conditioning of aircraft cabins and hybrid electric vehicles turbines. The current research describes the design, manufacturing, construction and testing a radial type small gas turbine. The aim was to design and build the engine to drive directly a high-speed permanent magnet alternator running at 60000 rpmand developing a maximum of 60 W. This direct coupling arrangement produces a portable, light, compact, reliable and environment friendly power generator. These features make the generator set very attractive to use in many applications including emergency power generation for hospitals, in areas of natural disasters such as floods and earthquakes, in remote areas that cannot be served from the national grid, oil rigs, and in confined places of limited spaces. It is important to recognize that the design of the main components, that is, the inward flow radial UFR turbines, the centrifugal compressor and the combustion chamber involve consideration of aero-dynamics, thermodynamics, fluid mechanics, stress analysis, vibration analysis, selection of bearings, selection of suitable materials and the requirements for manufacturing. These considerations are all inter-linked and a procedure has been followed to reach an optimum design. This research was divided into three phases: phase I dealt with the complete design of the inward radial turbine, the centrifugal compressor, the power transmission shaft, the selection of combustion chamber and the bearing housing including the selection of bearings. Phase 2 dealt with mechanical consideration of the rotating components that is stress, thermal and vibration analyses of the turbine rotor, the impeller and the rotating shaft, respectively. Also it dealt with the selection of a suitable fuel and oil lubrication systems and a suitable starting system. Phase 3 dealt with the manufacturing of the gas turbine components, balancing the rotating components, assembling the engine and finally commissioning and then testing the engine. The current work in this thesis has put the light on a new design methodology on determining the optimum principal dimensions of the rotor and the impeller. This method, also, has defined the optimum number of blades and the axial length of the rotor and the impeller. Mathematical models linking the performance parameters and the design variables for the turbine and the compressor have been developed to assist in carrying out parametric studies to study the influence of the design parameters on the performance and on each other. Also, a new graphical matching procedure has been developed for the gas turbine components. This technique can serve as a valuable tool to determine the operating range and the engine running line. Furthermore, it would decide whether the gas turbine engine operates in a region of satisfactory compressor and turbine efficiencies.