Decomposition of compressible and thermal contributions to the exergy-balance-based analysis of the NASA rotor 37 - DAAA ONERA
Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Decomposition of compressible and thermal contributions to the exergy-balance-based analysis of the NASA rotor 37

Décomposition des contributions compressibles et thermiques pour l’analyse par bilan d’exergie de la performance du NASA rotor 37

Résumé

This paper presents the application of a new exergy balance decomposition allowing to explicitly isolate the compressible and thermal contributions to overall efficiency for the NASA rotor 37 performance analysis. Firstly, the theoretical aspect of this new decomposition is discussed in detail, including the expressions, interpretations and figures of merit associated to the different components. Secondly, one operating regime at 98\% of the choke mass flow rate of the rotor 37 is investigated. This will particularly emphasize the trends obtained for the thermally- and mechanically-recoverable components of the overall exergy outflow (respectively impacted by entropy generation and pressure/velocity differences with respect to the system's thermodynamic dead state). Finally, the analysis of the exergy-based characteristic of the compressor is refined with respect to the one based on the original mechanical/thermocompressible decomposition. In particular, it is found that the impact of the thermally-recoverable exergy outflow on the prediction of the compressor efficiency is non-negligible, as it corresponds to roughly 0.4\% of the computed compressor rotor stage overall efficiency. As this component is only convertible into mechanical work by means of a heat engine (not available in current-generation aircraft engines), isolating the thermally-recoverable component is thus essential in exergy-based performance analyses.
Cet article présente l'application d'une nouvelle décomposition du bilan d’exergie permettant d'isoler explicitement les contributions compressibles et thermiques à l'efficacité globale pour l'analyse des performances du rotor 37 de la NASA. Tout d'abord, l'aspect théorique de cette nouvelle décomposition est discuté en détail, y compris les expressions, les interprétations et les figures de mérite associées aux différentes composantes. Dans un deuxième temps, un régime de fonctionnement à 98 % du débit massique de blocage du rotor 37 est étudié. Cela mettra particulièrement en évidence les tendances obtenues pour les composantes thermiquement et mécaniquement récupérables du flux d’exergie global (respectivement impactées par la génération d'entropie et les différences de pression/vitesse par rapport à l'état mort thermodynamique du système). Enfin, l'analyse de la caractéristique du compresseur basée sur l'exergie est raffinée par rapport à celle basée sur la décomposition mécanique/thermocompressible d'origine. En particulier, on constate que l'impact du flux d'exergie récupérable thermiquement sur la prédiction de l'efficacité du compresseur est non négligeable, puisqu'il correspond à environ 0,4 % de l'efficacité globale calculée pour l'étage du rotor du compresseur. Comme cette composante n'est convertible en travail mécanique qu'en utilisant une machine thermique (non disponible dans les moteurs d'avion de la génération actuelle), l'isolation de la composante thermiquement récupérable est donc essentielle dans les analyses de performance basées sur l'exergie.
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Année Mois Jours
Avant la publication
vendredi 28 février 2025
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vendredi 28 février 2025
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Dates et versions

hal-04653875 , version 1 (06-09-2024)

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Citer

Ilyès Berhouni, Ilias Petropoulos, Didier Bailly. Decomposition of compressible and thermal contributions to the exergy-balance-based analysis of the NASA rotor 37. ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, ASME, Jun 2024, Londres, United Kingdom. pp.GT2024-120925, ⟨10.1115/GT2024-120925⟩. ⟨hal-04653875⟩
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