تحليل عددي تاثير شيب بالادست جريان بر كارايي آدياباتيك خنك‌كاري لايه‌اي

Numerical Investigation of Upstream Ramp Effect on Adiabatic Film Cooling Effectiveness

در تحقيق حاضر تأثير افزودن شيب بالادست جريان بر ميدان­هاي جريان و دما در روش خنك‌كاري لايه‌اي از طريق يك رديف سوراخ مجزاي استوانه‌اي بر روي مدل صفحه تخت به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مطاله جريان به صورت سه‌بعدي، آشفته، ‌تراكم­ناپذير و پايدار در نظر گرفته شده است. شبيه‌سازي‌ها با استفاده از يك شبكه سازمان‌يافته، غيريكنواخت و شش وجهي شامل كانال جريان اصلي و مجراي تزريق، توسط مدل آشفتگي Realizable K-e انجام شده است. مسئله حاضر در زاويه تزريق 30 درجه به ازاي نسبت طول به قطر سوراخ 10 و نسبت چگالي 1، براي نسبت دمش‌هاي 0/4، 0/8 و 1/2 و زواياي شيب بالادست 0، 8/5 و 15 درجه مورد تحليل قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه خصوصيات خنك­ كاري لايه­ اي در ناحيه پايين­ دست سوراخ­ هاي تزريق، به تركيب زوايه شيب (ارتفاع شيب) با نسبت دمش شديداً حساس مي­باشد. در واقع وجود شيب بالادست جريان به عنوان توليد­كننده گردابه، اثرات مهمي را بر ساختارهاي گردابه اي ميدان جريان و متعاقباً بر كارايي آدياباتيك خنك‌كاري لايه‌اي در پايين دست سوراخ تزريق، از خود بر جاي مي­ گذارد. همچنين نتايج عددي در مقايسه با داده‌هاي تجربي از همخواني قابل قبولي برخوردار مي‌باشد.

In this research, numerical analysis has been conducted to investigate the flow and thermal fields of incompressible, steady, turbulent three dimensional film-cooling by placing an upstream ramp in front of a single row of inclined cylindrical holes over a flat plate model. The computational methodology includes the use of a structured, non-uniform hexahedral grid consisting of the main flow channel and the coolant delivery tube, and the Realizable K-e model was adopted as the turbulence model. Computations are carried out for the following range of film cooling parameters: upstream ramp angle (0, 8.5 and 15 deg) and blowing ratio (0.4, 0.8 and 1.4) while other constant parameters such as: streamwise injection angle is 30º , length to diameter ratio is 10 and density ratio of the main flow to the cooling jet flow is about unity. The results indicate that upstream ramp acts as a vortex generator and these vortices were used to enhance the mechanism of film cooling. The results have been compared with previous experimental data showing good agreement.