مطالعه تجربي اثربخشي خنك كاري لايه اي با استفاده از طرح جديد جت هاي مركب پيوسته براي روزنه هاي جت

Experimental Investigation of Film Cooling Effectiveness Applying a Novel Integrated Compound Jets Design for the Jet Holes

عوامل متعددي از جمله شكل مقطع جت، نسبت دمش، نسبت چگالي، شدت آشفتگي جريان آزاد و ... بر اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي موثر هستند. در بين اين عوامل، اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي شديداً تحت تاثير شكل مقطع روزنه جت مي‌باشد. اين هندسه بايد به‌ گونه‌اي طراحي شود كه اندازه‌ حركت جت در راستاي عمودي حداقل گردد و پوشش دهي بهتري صورت پذيرد. در اين تحقيق، عملكرد خنك‌كاري لايه‌اي هندسه جديد جت‌هاي مركب پيوسته (گوشواره‌اي) به‌صورت تجربي با استفاده از روش دمانگاري مادون قرمز بررسي شده است. آزمايش‌هاي انتقال‌ حرارت حالت پايا در عدد رينولدز جت 10000 روي صفحه‌ي آزمون انجام شده است. زاويه محوري تزريق جت‌ها نسبت به سطح 30 درجه در نظر گرفته شده است. اندازه‌گيري‌ها در سرعت جريان اصلي 27 متر بر ثانيه و در چهار نسبت‌ دمش ‌ 0.7 ,0.5 ,0.4و 0.8 انجام شده است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه هندسه جت گوشواره‌اي، منجر به افزايش اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي در مقايسه با هندسه جت استوانه‌اي ساده مي‌شود. نسبت دمش بهينه، 0.8 است و در نسبت دمش 0.4، كم‌ترين اثربخشي روي سطح حاصل مي‌شود. ساختار جريان حاصل از طرح مذكور، اختلاط بين جريان‌اصلي و جت‌هاي خنك‌كننده را به‌ طور قابل‌ توجهي كاهش مي‌دهد. بنابراين، اثربخشي خنك‌ كاري لايه‌اي بهبود مي‌يابد و توزيع جانبي يكنواخت‌تري از لايه سيال خنك‌ كننده روي سطح ايجاد مي‌شود.

Several factors such as shape of the jet hole, blowing ratio, density ratio, mainstream turbulence intensity, and …, affect the film cooling effectiveness. Among the above mentioned factors, the film cooling effectiveness is strongly influenced by the shape of the jet hole. This geometry should be designed in such a way to minimize the jet's vertical momentum and produce more surface coverage. In this research, cooling performance of a novel integrated compound (earring) jets design is investigated experimentally, using an infrared thermography method. Steady state heat transfer experiments at the jet Reynolds number of 10,000 (based on the jet diameter) are performed over the test plate. The jets injection angle into the mainflow are considered to be 30 degrees relative to the surface. The measurements are carried out at the mainstream speed of 27 m/s and at four different blowing ratios of 0.4, 0.5, 0.7, and 0.8. The obtained results show that at constant jets cross section, the earing jets geometry leads to higher film cooling effectiveness, compared to the cylindrical hole geometry. Optimum blowing ratio is 0.8 and the lowest effectiveness is obtained on the surface at the blowing ratio of 0.4. The flow structures which are introduced by this novel geometry, reduces the flow mixing between the mainstream and the cooling jets. Therefore, enhances the film cooling effectiveness and the coolant fluid more uniformly distributes over the surface laterally.