عنوان پایان‌نامه
بررسی جریان آشفته خنک کاری لایه ای به روش مدلسازی انطباقی مقیاسی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - آئرودینامیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 286010;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69912
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- آرش نیکزاد
- استاد راهنما
- مجتبی طحانی, مهران مصدری
- چکیده
- چکیده تزریق جت در جریان عرضی در صنایع مختلف همواره وجود داشتهاست. یکی از کاربردهای قابل توجه آن در خنککاری توربینهای گازی میباشد. در یک توربین گازی برای یک نسبت فشار مشابه، هر چه دمای ورودی به توربین بالاتر برود، راندمان حرارتی بیشتر میشود. از سوی دیگر دمای بالا میتواند منجر به افزایش تنشهای حرارتی و پایین آمدن دوام پره و در نتیجه آسیب دیدن پره توربین شود. به منظور حل این مشکل خنککاری پرههای توربین به روشهای گوناگونی انجام میپذیرد. یکی از موثرترین روشهای خنککاری، خنککاری به روش لایهای میباشد که در آن جریان جت با ایجاد لایهای خنککن عایق بر روی سطح، باعث کاهش برخورد جریان عرضی دما بالا با سطح پره میشود. با اعمال خنککاری لایهای، سطح پره با دمای کمتری روبرو خواهدشد که به معنی اجازه بالا رفتن دمای ورودی و در نتیجه افزایش بازدهی توربین میباشد. به منظور بررسی عددی فرآیند خنککاری در ابتدا به مقایسه نتایج به دست آمده از نرمافزار اپنفوم و فلوئنت پرداختهشد و با نشان دادن عدم تفاوت محسوس بین این دو نرمافزار ادامه حل با نرمافزار فلوئنت صورتگرفت. به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصل از مدلهای آشفتگی SST ، DES و SAS در نرمافزار فلوئنت، با نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج، حاکی از دقت مطلوب روشهای عددی انتخابشده میباشند. پس از اعتبارسنجی با کمکگرفتن از مدل SAS که کمترین خطای عددی را نسبت به دو مدل دیگر نشان داد، به بررسی اثرات گرادیان فشار در راستای جریان اصلی بر روی بازدهی خنککاری و ساختار جریان پرداختهشد. بدین منظور گرادیان فشارهای مطلوب و نامطلوب ملایم و شدید بررسیشد. پارامتر شتاب به ترتیب ?0.76×10?6 و ?0.32×10?6 برای گرادیان فشار نامطلوب )گرادیان فشار مثبت( و +0.68×10?6 و +2.22×10?6 برای گرادیان فشار مطلوب )گرادیان فشار منفی( میباشد که این مقادیر کمتر از 3×10?6 که بیشترین مقدار گرادیان فشار مطلوب به منظور تبدیل نشدن جریان آشفته به آرام است، میباشد. نتایج نشاندهندهی افزایش بازدهی، افزایش بیشینه قدرت چرخش گردابهها و کاهش گسترش عمودی جریان جت با افزایش پارامتر شتاب میباشد. همچنین نشان دادهشد که افزایش پارامتر شتاب باعث رخدادن بیشینه بازدهی خنککاری در مکانهای نزدیکتر به خروجی جت و کاهش فاصلهی بین کمینه و بیشینه خنککاری میشود. قابل ذکر است که نتایج، نشاندهندهی غالب شدن گردابههای حلقوی سنجاقی شکل در گرادیان فشار مطلوب شدید میشود. کلمات کلیدی: خنککاری لایهای، مدل آشفتگی انطباقی-مقیاسی، گرادیان فشار، تزریق جت، روش عددی فهرست
- Abstract
- Abstract: Streamwise pressure gradient is one of the important characteristics of turbine flow which can increase or decrease film cooling effectiveness. To gain deeper insight into the streamwise pressure gradient effects, in this paper the favorable and the adverse pressure gradient on film cooling effectiveness are considered. The numerical simulations by comparing with experimental data in zero pressure gradient are validated and carried out to study the mechanism of the interaction between the coolant jet and the main flow. To evaluate the capability of the turbulence models the Shear Stress Transport (SST), the Detached Eddy Simulation (DES) and the Scale-Adaptive Simulation (SAS) are employed. The results show that although all models appropriately predict film cooling effectiveness and dimensionless temperature, the most accurate model is SAS by just below 4 % inaccuracy in predicting averaged film cooling effectiveness. Based on results, the favorable pressure gradient leads to 11% increase of averaged film cooling effectiveness, while about 15% reduction occurs in the adverse pressure gradient. Meanwhile, it is shown that the favorable pressure gradient pushes the coolant jet to the wall and makes thinner boundary layer by increasing streamwise velocity and momentum. The adverse pressure gradient effects on counter-rotating vortex pairs and film cooling performance are quite reversed from the favorable pressure gradient. Overall, the favorable pressure gradient would be beneficial for film cooling performance. Therefore, it is reasonable to take streamwise pressure gradient effects into consideration in gas turbine film cooling design. Keywords: Streamwise pressure gradient; Film cooling; Scale-Adaptive Simulation (SAS)
