بررسي تجربي و عددي عملكرد خنك كاري لايه اي نوساني موج مربعي روي صفحه تخت

Experimental and Numerical Investigation of Square Wave Pulsed Film Cooling Performance on a Flat Plate

در اين تحقيق اثر هواي تزريق نوساني موج مربعي بر توزيع دما و اثربخشي خنك كاري لايه اي صفحه تخت در فركانس ها و نسبت هاي دمش مختلف به صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرار مي گيرد. هواي گرم از طريق سوراخ هاي با زاويه 25درجه تزريق مي شود. جريان نوساني موج مربعي در چهار فركانس 2، 10 و 50 و 100هرتز و پنج نسبت دمش 0/5، 1، 1/5، 2/4 و 3 ايجاد مي شود. معادلات ناوير-استوكس به روش ميان گيري رينولدز براي بررسي خنك كاري لايه اي حل شدند. براي در نظر گرفتن اثرات توربولانس از مدل انتقال تنش برشي كي- امگا استفاده شد. نتايج نشان داد كه در حالت پايا با افزايش نسبت دمش اثربخشي خنك كاري لايه اي كاهش و شيب آن افزايش مي يابد. اختلاف مقادير اثربخشي خط مركزي بين حالت عددي و تجربي با فاصله گرفتن از لبه سوراخ تزريق كاهش مي يابد. در حالت نوساني در مقايسه با حالت پايا به طور كلي مقدار اثربخشي خنك كاري لايه اي كاهش مي يابد. بلندشدن محلي جت تحت تاثير نوسان افزايش مي يابد. در حالت نوساني نيز با افزايش نسبت دمش در يك فركانس ثابت به طور كلي اثربخشي خنك كاري لايه اي كاهش مي يابد. با افزايش فركانس به طور كلي مقدار اثربخشي خنك كاري لايه اي افزايش مي يابد. بيشترين مقدار متوسط اثربخشي خط مركزي در فركانس 100هرتز و نسبت دمش 0/5 و كمترين مقدار آن در فركانس 2هرتز و نسبت دمش 3 به دست آمد. در حالت نوساني بيشترين اختلاف متوسط اثربخشي خط مركزي بين نتايج تجربي و عددي برابر 25/55% و كمترين اختلاف برابر 0/717% بود.

In this research, the effect of square wave pulsating air on temperature distribution and film cooling effectiveness of flat plate at different frequencies and blowing ratios is experimentally and numerically investigated. Hot air is injected through the holes at an angle of 25 degrees. Square wave pulsed flow is generated at four frequencies of 2, 10, 50, 100 Hz, and five blowing ratios of 0.5, 1, 1.5, 2.4 and 3. To study the film cooling, Navier-Stokes equations are solved by a Reynolds average method. The SST k-ω model was used for turbulent modeling. The results showed that the film cooling effectiveness decreases with increasing of blowing ratio along with an increase in its rate of changes. The difference of centerline film cooling effectiveness between the numerical and experimental values decreases with increasing distance from the edge of injection hole. In general, pulsating decreases film cooling effectiveness in comparison with steady-state. The lift-off of the local jet increases under pulsation. In the pulsating state, the overall film cooling effectiveness decreases by increasing the blowing ratio at a constant frequency. On the other hand, increasing the frequency increases the overall efficiency of film cooling. The maximum averaged centerline effectiveness was obtained at a frequency of 100 Hz and a blowing ratio of 0.5 and the minimum value was obtained for a frequency of 2 Hz and a blowing ratio of 3. For pulsed flow, the maximum and minimum differences of the averaged centerline film cooling effectiveness between experimental and numerical results were 25.55%