افزايش اثربخشي خنك كاري لايه اي پره توربين در حال چرخش با استفاده از سوراخ تزريق شكل داده شده

Film cooling effectiveness enhancement of rotating turbine blade using Shaped holes

در تحقيق حاضر افزايش اثربخشي خنك كاري لايه اي پره توربين با استفاده از مجراي گسترش يافته طولي انجام شده است. در اين راستا خنك كاري لايه اي پره توربين در سه سرعت چرخش صفر، 300 و 500 دور بر دقيقه با استفاده از دو نوع سوراخ استوانه اي و سوراخ گسترش يافته طولي مورد بررسي قرار گرفته است. تحليل عددي سه بعدي ميدان جريان و انتقال حرارت آشفته خنك كاري لايه اي در پره توربين با استفاده از مدل هاي اصلاح شده رينولدز پايين k-ε انجام شده است. براي خنك كاري با سوراخ استوانه اي، نتايج شبيه سازي عددي تحقيق حاضر در سرعت هاي دوراني مختلف با مقادير تجربي موجود مقايسه شده است. نتايج عددي بدست آمده نشان مي دهد كه مدل هاي رينولدز پايين توانايي قابل قبولي در پيش بيني اثربخشي خنك كاري لايه اي در پره توربين دارد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه افزايش سرعت دوراني پره به واسطه ايجاد شتاب كريوليس، منجر به انحراف جريان هواي خنك كننده از روي خط مركزي مي شود. انحراف جريان هواي خنك كننده باعث كاهش ميزان اثربخشي در خط مركزي پره به ويژه در پايين دست سوراخ تزريق مي شود. همچنين تزريق هواي خنك از طريق سوراخ گسترش يافته طولي منجر به كاهش اختلاط هواي خنك و جريان هواي گرم مي شود. مقايسه نتايج نشان مي دهد كه اثربخشي خنك كاري سوراخ گسترش يافته طولي به طور محسوسي بيشتر از اثربخشي سوراخ استوانه اي است.

This study is aimed to increase the effectiveness of film cooling in rotating blades by performing forward diffused shaped hole. For both cylindrical and forward diffused holes three different rotational speed of zero, 300 and 500 rpm have been investigated. Three-dimensional numerical simulation of turbulent flow and heat transfer in rotating reference frame are performed using modified low Reynolds k-ε model. Comparison show that low Reynolds models have acceptable ability to predict the effectiveness of film cooling of the rotating blade. The results show that by increasing the rotational speed the Coriolis acceleration consequences the deviation of the cooling air from the central line. In rotating blade, the effectiveness of the central line, especially downstream of the injection holes is reduced. Also injection of cooling air through the forward diffused hole lead to reduce the mixing of cooling air with main stream flow. Comparison of the results shows that the effectiveness of the forward diffused hole is considerably higher than the cylindrical hole.