مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل خنک‌کاری لایه‌ای لبه جلویی پره توربین مدل توسط دو رهیافت DES و LES

نویسندگان
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشجوی پسا دکتری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در مقاله‌ی حاضر جریان آشفته خنک‌کاری لایه‌ای بر روی لبه جلویی پره توربین مدل توسط دو نگرش طول مقیاس حل شونده در مدل‌سازی جریان آشفته مورد مطالعه و تحلیل قرار می‌گیرد. در نگرش اول از رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های جدا شده (DES) بر پایه‌ی مدل اسپالارت-آلماراز و در نگرش دوم از رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) استفاده می‌گردد. نتایج به‌دست آمده حاکی از آن است که رهیافت DES به دلیل ذات ترکیبی آن و استفاده از مدل RANS در نزدیک دیواره، نوسانات در راستای عرضی جریان در داخل لوله خنک‌کننده را کمتر پیش‌بینی می‌کند. در نتیجه، جریان خنک‌کننده با آشفتگی کمتری وارد جریان اصلی می‌گردد. همچنین در نزدیک دیواره رهیافت DES توزیع عرضی انرژی جنبشی آشفته را کمتر و مقدار شار حرارتی آشفته را بیشتر پیش بینی می‌نماید. بنابراین، اثر بخشی آدیاباتیک بر روی لبه جلویی پره توربین در رهیافت DES نسبت به رهیافت LES و نتایج تجربی کمتر پیش‌بینی می‌شود. علاوه بر این، نتایج حاکی از آن است که اختلاط بین جت خنک‌کننده و سیال داغ جریان اصلی در رهیافت DES در مقایسه با رهیافت LES کمتر تخمین زده می‌شود. در مجموع می‌توان این گونه استنباط کرد که اگر چه رهیافت DES در ناحیه دور از دیواره نتایج قابل قبولی را ارائه می‌نماید، اما در نزدیک دیواره در پیش بینی صحیح مشخصات توربولانسی جریان با مشکل مواجه است. علاوه بر این مزیت اصلی رهیافت DES در مقایسه با رهیافت LES کاهش 40 درصدی هزینه‌ی محاسباتی آن در این کاربرد می‌باشد که می‌تواند استفاده از این روش را توجیه نماید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of film cooling on model turbine blade leading edge using DES and LES approaches

نویسندگان English

Farzad Bazdidi-Tehrani 1
Seyed Majid Mousavi 2
Mohammad Jadidi 3
چکیده English

The present paper investigates turbulent flow of film cooling on model turbine blade leading edge using two scale-resolving attitude of turbulent flow modeling. In the first attitude the detached eddy simulation (DES) approach based on Spalart-Allmaras and in the second attitude the large eddy simulation (LES) approach will be used. Results show that the DES approach due to its hybrid nature and applying RANS models in near walls, predicts the Fluctuations of spanwise direction in coolant pipe lower. As a result, the coolant flow imports to the main flow with lower turbulence. Also DES approach predicts less turbulent kinetic energy lateral distribution and further turbulent heat flux in near walls. So, in DES approach the adiabatic effectiveness on turbine blade leading edge predicted lower than LES approach and experimental data. In addition, results show that mixture of coolant jet and mainstream hot gas in DES approach is estimated lower than LES approach. In total, it can be deducted that although DES approach provides acceptable results in far wall region, but in near wall region it has problems in correct prediction of turbulence Specifications. In addition, the main advantage of DES approach in comparison with LES approach is 40% reduction of computational cost that can explain using this approach.

کلیدواژه‌ها English

Film Cooling
Turbulent Flow Modeling
Detached Eddy Simulation Approach (DES)
Large Eddy Simulation Approach (LES)
Adiabatic Effectiveness