مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی سه‌بعدی روش‌های خنک‌کاری پره‌های توربین گاز روی صفحه‌ی تخت و ارائه روشی با بالاترین راندمان خنک‌کاری

نویسندگان
1 دانشگاه حکیم سبزواری
2 استادیار گروه مکانیک دانشگاه حکیم سبزواری
چکیده
خنک‌کاری سیستم‌های با دمای عملکردی بسیار بالا نظیر پره‌های توربین‌های گاز، یکی از مهمترین و پیچیده ترین فرآیندهای صنعتی به شمار می‌آید. در این مقاله، عملکرد خنک‌کاری روی صفحه‌ی تخت به صورت سه‌بعدی، با روش حجم محدود و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε واقعی ‌شده که بهبود یافته‌ی مدل استاندارد می‌باشد، بررسی شده است. در این بررسی 4 حالت مختلف، شامل دو حالت خنک‌کاری لایه‌ای با حفره‌ی استوانه‌ای و کانسول، یک مدل خنک‌کاری برخوردی و یک مدل خنک‌کاری تراوشی (با دیواره‌ی متخلخل ) مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. برای بررسی اعتبارسنجی داده‌ها، راندمان خنک‌کاری حالت کانسول با داده‌های تجربی مورد مقایسه قرار گرفته که نمایانگر انطباق بسیار خوب روش عددی بکار گرفته شده است. راندمان آدیاباتیک خنک‌کاری، نسبت دمش (M) و اثرات نسبت چگالی با تزریق دو سیال هوا و دی‌اکسید‌کربن به عنوان سیال سرد (DR) برای همه-ی حالت‌ها بررسی شده است. برای بررسی عمق نفوذ سیال سرد در جریان اصلی و نشان دادن توزیع دما و راندمان روی سطح، کانتورهای راندمان برای حالت کانسول و مدل خنک‌کاری تراوشی که ایده‌ی نوینی در خنک‌کاری به شمار می‌آید، با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. هدف این مقاله یافتن بهترین روش خنک‌کاری با بالاترین راندمان است و نتایج این مقاله نشان داد که مدل خنک‌کاری تراوشی طراحی شده راندمان بالاتری را نسبت به حالت‌های متداول در صنعت دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Three dimensional investigation of gas turbine cooling techniques on a flat plate and presentation a method with maximum cooling effectiveness

نویسندگان English

Mojtaba Kazemi Kelishami 1
Esmail Lakzian 2
2 Assistant Professor of Mechanical Engineering, Hakim Sabzevari University
چکیده English

Cooling of high temperature systems such as gas turbine blades is one of the most important systems in industrial. In this paper, three dimensional cooling performance on a flat plate is calculated by a 3D finite-volume method and the realizable k-ε turbulence model which is the improved of the standard k-ε turbulence model and it can generate data more appropriate for fluid injections and jets. In this investigation, 4 different cases have compared together to find the best cooling case with maximum effectiveness. These cooling cases are including 2 cases of film cooling with console and cylindrical holes, one case of impingement cooling and one case of transpiration (with porous wall) cooling. For validation, the adiabatic cooling effectiveness for the console has been compared with the experimental data. These comparisons have been shown a good agreement between experimental and numerical data. The adiabatic cooling effectiveness, the effects of density ratio (by air and CO2 as a coolant) (DR) and blowing ratio (M) are studied in all cases. The adiabatic cooling effectiveness for console and transpiration cooling cases have compared together for studying the penetration of coolant fluid in the main stream (hot fluid) and showing the temperature and effectiveness distribution . The main purpose of this paper is finding the best cooling techniques with maximum effectiveness and the results have been shown which the designed transpiration cooling model has the best effectiveness respect to other cooling techniques.

کلیدواژه‌ها English

Cooling
Highest effectiveness
Flat plate
Density ratio
Transpiration cooling