بررسی عددی تاثیر تزریق هوای خنک کننده نوسانی سینوسی بر خنک کاری لایه ای لبه حمله، سطح فشار و مکش یک پره توربین

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

خنک کاری لایه ای یکی از موثرترین روش ها برای حفظ پره های توربین از داغ شدگی بیش از حد می باشد. برای جریان گاز پایا، خنک کاری لایه ای به طور گسترده بررسی شده است اما دانش کمی درباره تاثیر نوسان بر عملکرد خنک کاری لایه ای وجود دارد. در این تحقیق، اثر نوسانی کردن تزریق هوای خنک کننده پره توربین با نوسان سینوسی بر توزیع دما و اثربخشی خنک کاری سطوح مختلف یک پره توربین، به صورت عددی بررسی می شود. سیال خنک کاری از طریق سه پلنوم و در پنج نسبت دمش 5/0، 75/0، 1، 5/1، 2 و 5/2 در فرکانس50 هرتز به لبه حمله، سطح فشار و مکش پره تزریق می شود. همچنین تاثیر عدد رینولدز جریان اصلی بر اثربخشی خنک کاری لایه ای مطالعه می شود. از روش حجم محدود برای حل معادلات جریان استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که نوسانی بودن دبی خنک کننده باعث تغییر اندازه جفت ورتکس ناهمسان گرد می گردد و در نتیجه تغییر توزیع دمای سطح در هر گام زمانی را در پی دارد. متوسط توزیع اثربخشی خط مرکزی در حالت نوسانی، روی سطح پایین دست سوراخ تزریق لبه حمله، سطح فشار و سطح مکش به ترتیب در نسبت دمش های 75/0، 5/0 و 1 بیشترین مقدار را خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] حسینعلی پور س م، شهبازیان ح، قبادی م، نوروزی م ص (1397) آنالیز سیالاتی-حرارتی اثرات دوران و بویانسی دورانی در خنک­کاری داخلی پره­های توربین گاز. مطالعه آزمایشگاهی مجله علمی و پژوهشی مکانیکسازه­هاو شاره­ها 288-277 :(3)8.

[2] Tan X, Zhou X, Shan Y, Zhang J (2019)  Analysisof heat transfer on film cooling performance in a flat plate. Energy Proced 158: 4154-4159.

[3] Silieti M, Kassab AJ, Divo E (2009) Film cooling effectiveness: comparison of adiabatic and conjugate heat transfer CFD models. Int J Therm Sci 48(12): 2237-2248.

[4] Karcz MI (2006) Mean and turbulent thermal fields due to film cooling via an eddy heat diffusivity closure. Task Quarterly 10(4): 377-390.

[5] Ochrymiuk T (2016) Numerical prediction of film cooling effectiveness over flat plate using variable turbulent prandtl number closures. J Therm Sci 25(3): 280-286.

[6] تجلی س م، محمدی ا، منتظری م (1392) مدل­سازی و شبیه­سازی توربین گازی دو محوره با در نظرگیری اثرات خنک­کاری پره­های توربین. مجله علمی و پژوهشیمکانیکسازه­هاوشاره­ها 101-89 :(4)3.

[7] Park JS, Lee DH, Rhee DH, Kang SH, Cho HH (2014) Heat transfer and film cooling effectiveness on the squealer tip of a turbine blade. Energy 72: 331-343. 

[8] Lutum E, Von Wolfersdorf J, Semmler K, Dittmar J, Weigand B (2001) An experimental investigation of film cooling on a convex surface subjected to favourable pressure gradient flow. Int J Heat Mass Tran 44(5): 939-951.

[9]  Guo X, Schröder W, Meinke M (2016)  Large-eddy simulations of film cooling flows. Comput Fluids 35(6):587-606.

[10]  Qin Y, Chen P, Ren J, Jiang H (2016) Effects of wall curvature and streamwise pressure gradient on film cooling effectiveness. App Therm Eng 107: 776-784.

[11] Colban W, Gratton A, Thole KA, Haendler M (2006) Heat transfer and film-cooling measurements on a stator vane with fan-shaped cooling holes. J Turbomach 128(1): 53-61.

[12]  Gao Z, Narzary DP, Han JC (2009) Film-cooling on a gas turbine blade pressure side or suction side with compound angle shaped holes. J Turbomach 131(1): 11-19.

 [13]  Liu K, Yang SF, Han JC (2012) Influence of coolant density on turbine blade film-cooling with axial shaped holes. Asme Turbo Expo 757-767.

[14] Li G, Deng H (2011) Experimental investigation on film cooling performance of pressure side in annular cascades. J Therm Sci 20(2): 119.

[15] Zhaoqing K, Wang J (2015) Numerical investigations of pulsed film cooling on an entire turbine vane. App Therm Eng 87: 117-126.

[16] Stenger D, Ghia U, Ou S, Thornburg H (2010) numerical simulation of continuous and pulsed film cooling on a turbine-blade leading-edge model, including surface conductance. In48th AIAA Aero Sciences 1474.

[17] Aga V, Mansour M, Abhari RS (2009) aerothermal performance of streamwise and compound angled pulsating film cooling jets. J Turbomach 131(4): 041015.

[18] حسینی بغدادآبادی س م، زیرک س، رجبی زرگرآبادی م (1397) شبه­سازی عددی اثربخشی خنک­کاری لایه­ای نوسانی موج سینوسی با توجه به تغییر پارامترهای تزریق خنک­کننده. مهندسی مکانیک مدرس 200-191 :(1)19.

[19] Ekkad SV, Ou S, Rivir RB (2004) A transient infrared thermography method for simultaneous film cooling effectiveness and heat transfer coefficient measurements from a single test. J Turbomach 126(4): 597-603.

[20] Mack M, Niehuis R, Fiala A, Guendogdu Y      (2013) Boundary layer control on a low pressure turbine blade by means of pulsed blowing. J Turbomach 135(5): 051023.

[21] Muldoon F, Acharya S (2010) Direct numerical simulation of pulsed jets-in-crossflow. Comput Fluids 39(10): 1745-1773.

[22] Menter FR, Kuntz M, Langtry R )2003( Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. Turbulence Heat Mass Trans 4(1): 625-632.

[23] Hylton LD, Mihelc MS, Turner ER, Nealy DA, York RE (1983) Analytical and experimental evaluation of the heat transfer distribution over the surfaces of turbine vanes. NACA, Report No. CR-168015.