مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی تأثیر زبری پره و کانال‌های خنک کاری بر توزیع دمای پره توربین گاز

نویسندگان
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
چکیده
زبری سطح خارجی پره‌ها و سطح کانال‌های خنک کاری یکی از مواردی است که بر توزیع دمای پره تأثیر قابل توجهی دارد. با افزایش زبری، اغتشاش زیرلایه‌های جریان بیشتر شده و انتقال حرارت افزایش می‌یابد. در این تحقیق پره توربین C3X که با 10 کانال خنک کاری می‌شود با استفاده از نرم افزار انسیس-سی اف ایکس و مدل آشفتگی اس.اس.تی. به صورت سه-بعدی شبیه-سازی شده و تأثیر زبری سطح خارجی و سطح داخلی کانال‌های خنک کاری بر توزیع دما، بررسی شده است. نتایج مطالعه نشان دادند در سمت خارجی پره که حرارت از سیال داغ به پره توربین منتقل می‌شود، افزایش زبری تا زمانی که سطح نیمه زبر باشد (Reks < 70) تأثیر چندانی بر توزیع دمای سطح ندارد، اما افزایش بیش از این مقدار حدود 8% به میزان دمای سطح می‌افزاید. بنابراین باید توجه شود که سطح خارجی پره همواره در ناحیه نیمه زبر قرار داشته باشد. در سطح داخلی کانال‌های خنک کاری حرارت از پره به سیال خنک کن منتقل می‌شود، لذا بر خلاف سطح خارجی، زبری سطح کانال‌ها به فرآیند خنک کاری کمک کرده و افزایش آن به میزان ناچیز ( ناحیه نیمه زبر) در کاهش دمای سطح پره مؤثر است (حدود 8%) و سبب بهبود ضریب عملکرد هیرولیکی‌-‌حرارتی کانال‌ها تا حدود 2.5 برابر می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical analysis of vane and cooling channels roughness effect on temperature distribution of gas turbine vane

نویسندگان English

Mahmood Baniasadipoor
Mohammad Reza Aligoodarz
shahid rajaei teacher training
چکیده English

Roughness of vanes’ outer surface and that of cooling channels’ inner surface have considerable impact on temperature distribution. Using a rougher surface leads to increased turbulence in near-surface flows and increases the rate of heat transfer. In this study, vane of a C3X turbine cooled via 10 cooling channels was simulated -three-dimensionally- by ANSYS-CFX software based on SST turbulence model, and then the effects of roughness of said surfaces were examined. The results showed that increasing the roughness of the blade’s outer surface, which absorbs the heat of the hot fluid, to values below the threshold of fully rough regime ( Reks < 70 ) makes no significant impact on vane’s surface temperature distribution; but increasing the roughness to values higher than this threshold leads to 8% increase in surface temperature. This indicates that outer surface of the blade should always exhibit a transitionally rough regime. Opposite to the outer surface, increasing the roughness of cooling channels’ inner surface, which transfers the heat to the cooling fluid, found to be the very beneficial, as even a slight increase in the roughness of this surface (within the domain of transitionally rough) decreases the blade’s surface temperature by up to 8%, and improves the hydraulic-thermal performance factor by about 250%.

کلیدواژه‌ها English

Heat Transfer
Gas Turbine
Blade roughness
Cooling channel