تحلیل عددی کارایی خنک‌کاری پره توربین گاز با استفاده از شکل جدید سوراخ های لبه پره توربین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق به بررسی خنک‌کاری پره های توربین گاز با استفاده از سوراخ‌های استوانه‏ای، مخروطی و شبدری‌ و تأثیر شیار عرضی بر کارایی سوراخ خنک‌کننده پرداخته شده‌است . هدف تحقیق، یافتن بهینه‌ترین هندسه‌ی سوراخ خنک‌کاری جهت دست‌یافتن به بالاترین کارایی سوراخ خنک‌کننده در پره توربین گاز می‌باشد. در این تحقیق شبیه‌سازی پره به‌صورت سه‌بعدی وحل عددی بر اساس مدل آشفتگیk-e realizable انجام شده است. در شبیه سازی سیال خنک‌کننده با زاویه‌30‌ درجه نسبت به خط‌وتر لبه‌ی جلویی پره و در نسبت دمش 1و 5/1 و2 درصد به‌جریان اصلی تزریق شده است. تزریق سیال خنک‌کننده به هر سه نوع هندسه خنک کاری استوانه ای، مخروطی و شبدری‌ و در حالت‌های با شیار عرضی و بدون آن، انجام شده است. بر اساس نتایج به-دست آمده بیشترین کارایی خنک‌کاری در لبه حمله به میزان 227/49% و میانگین کارایی خنک‌کاری برای سطح مکش پره 7/14% حاصل شده است که مربوط به شکل شبدری با شیار عرضی ودر نسبت دمش2درصد جریان عبوری از پره‌توربین می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Han, J.C., Dutta, S., Ekkad, S., 2012. Gas turbine heat transfer and cooling technology. CRC press.
[2]     Bunker, R.S., A review of shaped hole turbine film-cooling technology, Journal of HeatTransfer, Vol.127, pp.441–453, 2005.
[3]     بازدیدی تهرانی ف. و رحمتیان ا. تحلیل عددی تکنیک خنک کاری لایه ای مبتنی بر سوراخ شکل یافته و با زاویه مرکب، هفتمین همایش انجمن هوافضای ایران، تهران، ایران، ۱۳۸۶.
[4]     Li, S.J., Yang, S.F., Han, J.C., Effect of coolant density on leading edge showerhead film cooling using the pressure sensitive paint measurement technique, Journal of Turbomachinery Vol.136, no. 5, 2014.
[5]     Elnady, T., Hassan, I., Kadem, L., Lucas, T., Cooling effectiveness of shaped film holes for leading edge, Experimental Thermal and Fluid Science Vol.44, pp.649-661, 2013.
[6]     Islami, S.B., Tabrizi, S.A., Jubran, B.A. and Esmaeilzadeh, E., Influence of trenched shaped holes on turbine blade leading edge film cooling, Heat Transfer Engineering Vol. 31,  no. 10, pp. 889-906, 2010.
[7]     Lee, K. D., Kim, S. M., & Kim, K. Y. Numerical analysis of film-cooling performance and optimization for a novel shaped film-cooling hole. In ASME Turbo Expo 2012: Turbine Technical Conference and Exposition, Copenhagen, Denmark, 2012.
[8]     Yang, X., Liu, Z. and Feng, Z., Numerical Evaluation of Novel Shaped Holes for Enhancing Film Cooling Performance.  Journal of Heat Transfer Vol. 137, no.7, pp. 2015.
[9]     Bunker R.  S., Bailey J.  C., Lee C.  P., Abuaf  N., Method for Improving the Cooling Effectiveness of a Gaseous Coolant Stream, and Related Articles of Manufacture, U.S. Patent 6,234,755 B1. 2001.
[10] Lu, Y. and Ekkad, S., Predictions of film cooling from cylindrical holes embedded in trenches, In9th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference, San Francisco, US, 2006.
[11]          محجوب، ش. و طیبی رهنی،م.، مطالعه عددی اثرات حاصل از هندسه های تزریق شیاری و سوراخ­های منفصل بر پدیده خنک کاری لایه ای، هشتمین کنفرانس دینامیک شاره ها، تبریز، ایران، 1382.
[12] García, J.C., Dávalos, J.O., Urquiza, G., Galván, S., Ochoa, A., Rodríguez, J.A., Ponce, C., Film cooling optimization on leading edge gas turbine blade using differential evolution. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 0954410018760151, 2019.
[13] Dickhoff, J., Kusterer, K., Bhaskar, S.K., Bohn, D., CFD Simulations for Film Cooling Holes: Comparison Between Different Isotropic and Anisotropic Eddy Viscosity Models. In ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, pp. V05AT12A008. American Society of Mechanical Engineers, 2018.
[14] Temam, R., Navier-Stokes equations: theory and numerical analysis. Vol. 343. American Mathematical Soc., 2001.
[15]          باهری اسلامی س. و  نیکفال م.،  بررسی تأثیر ترکیب شکاف عرضی با انواع سوراخ های خنک کاری شکل داده شده روی خنک کاری لایه ای پره توربین گازی، بیست و دومین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، اهواز،ایران 1393.
[16] Dunker, R.,  Advances in engine technology, John Wiley & Sons, New York, 1993.
[17] Joly, M.M., Verstraete, T. and Paniagua, G.,  Differential evolution based soft optimization to attenuate vane- rotor shock interaction in high-pressure turbines, Applied Soft Computing Vol.13 , No. 4 , pp. 1882–1891, 2013.
[18] ] Sinha, A.K., Bogard, D.G. and Crawford, M.E., Film-cooling effectiveness downstream of a single row of holes with variable density, ASME journal of turbomachinary, Vol. 113, pp. 442-449, 1991.
[19]              عباسی ب.، بررسیعددی  خنک­کاریپرهتوربین گاز. پایان‌نامۀ‌ کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.