بررسي عددي تاثير محرك پلاسما بر كارآيي خنك‌كاري لايه‌اي سوراخ تزريق لايه‌گستر

Numerical Investigation of the Effect of Plasma Actuator on the Film Cooling Effectiveness By Fan-Shaped Hole

در مطالعه حاضر، تاثير محرك پلاسما بر ميدان‌هاي جريان و دما در روش خنك كاري لايه اي بر روي يك صفحه تخت از طريق سوراخ تزريق لايه گستر به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. جريان سه بعدي، آشفته، غيرقابل تراكم و پايدار درنظر گرفته شده و شبيه سازي‌هاي عددي با استفاده از شبكه سازمان يافته و غيريكنواخت، با بكارگيري مدل آشفتگي ِكي - اِپسيلون رينولدز پايين انجام شده است. به منظور اعتبارسنجي، نتايج عددي حاضر با نتايج تجربي و عددي مقايسه شده كه از تطابق مناسبي برخوردار مي‌باشد. سپس تاثير پارامترهاي مختلف جرياني و الكتريكي در حضور پلاسما بررسي شده است. در ادامه، با زاويه تزريق، نسبت طول به قطر سوراخ تزريق و نسبت چگالي ثابت، بررسي در مقادير مختلف نسبت دمش 0/5 ،0/25 و ،1ولتاژهاي ورودي 16 ،0و 24 كيلوولت و سرعت‌هاي مختلف ورودي 9 ،4/5 و 45 متر برثانيه انجام شده است. مطابق نتايج، سوراخ تزريق لايه گستر نسبت به استوانه‌اي به دليل گسترش جانبي اثرات بهتري بر خنك كاري لايه‌اي مي‌گذارد. تاثير محرك پلاسما بر كارآيي خنك كاري لايه‌اي در نسبت دمش و سرعت‌هاي پايين، بيشتر و با افزايش ولتاژ اعمالي نيز زياد مي‌شود. بنابراين حالت بهينه جهت ارتقاي راندمان خنك كاري، در شرايط ولتاژهاي بالاتر و نسبت دمش و سرعت‌هاي پايين‌تر مي‌باشد.

In the present study, the effects of plasma actuator on the flow and thermal fields of the film cooling through a single row of inclined fan-shaped hole over a flat plate model have been investigated. Numerical simulations have been conducted for analyzing incompressible, turbulent and steady fluid flow. Simulations were implemented using non uniform structured grid and Low- Re k-ε turbulence model. The present computed results have been compared with the numerical and experimental results and it can be seen that the gained film cooling effectiveness distributions on the flat plate agree very well with them. Then, at constant degree injection angle, length-to-diameter ratio and density ratio, investigation has been implemented, with different blowing ratios of 0.25, 0.5 and 1, applied voltages of 0, 16 and 24kV and different velocities of 4.5, 9 and 45m/s. Based on the results, fan-shaped injection hole creates better film cooling performance. an‎d also, the effect of plasma actuator on film cooling effectiveness is better at lower blowing ratios and this improvement becomes more obvious at higher applied voltages. Also, its performance is better in low velocities. Finally, the best situation for improvement of effectiveness is in higher voltages, lower blowing ratios and low velocities