توصيفگر ها :
خنك كاري لايه اي , ضريب عملكرد خنك كاري لايه اي , دوربين حرارتي , طول تاثير
چكيده فارسي :
توربين هاي گازي در مصارف صنعتي زيادي كاربرد دارند. در اين توربين ها افزايش نسبت فشار كمپرسور و دماي ورودي به توربين گاز (پس از محفظه ي احتراق) دو روش عمده براي افزايش راندمان و توان خروجي موتور مي باشد. در توربين هاي گاز پيشرفته به منظور افزايش راندمان، معمولاً دماي گاز ورودي به مرحله ي اول تور بين را افزايش مي دهند به طوريكه اين دما از محدوده ي قابل تحمل آلياژ استفاده شده جهت ساخت پره هاي توربين بيشتر مي باشد. به منظور محافظت اجزاي توربين و محفظه احتراق در برابر گازهاي بسيار داغ حاصل از احتراق، از خنك كاري لايه اي استفاده مي شود. در خنك كاري لايه اي، يك لايه از سيال سرد (سيال با دماي پايين تر نسبت به گازهاي حاصل از احتراق) بر روي اجزا قرار گرفته و اجزا را در برابر جريان بسيار داغ خروجي از محفظه ي احتراق محافظت مي كند. از آن جا كه اين سيال نسبتا سرد از قسمت هاي بالايي كمپرسور گرفته مي شود منجر به كاهش بازده موتور مي شود، در نتيجه تا جايي كه امكان دارد بايد ضريب عملكرد خنك كاري لايه اي را بهبود بخشيد.
هدف كلي از پژوهش حاضر پيشنهاد روشي نوين جهت بهبود عملكرد خنك كاري لايه اي مي باشد. در اين نوع خنك كاري، به دليل وجود جفت گردابه هاي خلاف گرد در پايين دست سوراخ تزريق، لايه ي تشكيل شده بر روي سطح تمايل به جداشدن از روي سطح را دارد. به منظور غلبه بر جفت گردابه هاي خلاف گرد تشكيل شده در پايين دست سوراخ هاي تزريق، هندسه اي نوين پيشنهاد شده است. در هندسه ي نوين پيشنهادي، سطح مقطع سوراخ هاي تزريق شامل دندانه هاي مارپيچ مي باشد. اين دندانه هاي مارپيچ منجر به تزريق سيال خنك كننده با پيچش بر روي سطح گشته و از جداشدن لايه ي سيال سرد از روي سطح تا حد امكان جلوگيري مي نمايد. در نتيجه در پژوهش حاضر به بررسي عددي و تجربي عملكرد خنك كاري لايه اي با استفاده از سوراخ تزريق با دندانه هاي مارپيچ پرداخته شده است. در بخش عددي كار به بررسي و بهينه سازي پارامترهاي هندسي تاثير گذار بر روي ضريب عملكرد خنك كاري لايه اي از جمله زاويه تزريق سيال خنك كننده، سطح مقطع جريان تزريقي، ارتفاع و ضخامت دندانه ها، تعداد دندانه ها و پيچش دندانه ها پرداخته شده است. نتايج حاصل از حل جريان براي زواياي تزريق متفاوت نشان مي دهد كه با افزايش زاويه ي تزريق از يك مقدار بهينه، تمايل به اختلاط سيال سرد و جريان اصلي افزايش پيدا كرده و لايه ي سيال سرد، سريعتر از سطح جدا مي شود. از طرفي با كمتر شدن اين زاويه به دليل افزايش در طول لوله ي تزريق، افت فشار سيال افزايش پيدا مي كند. در نتيجه با بررسي نمودار اثر بخشي در پايين دست سوراخ تزريق و نمودار افت فشار براي زواياي تزريق متفاوت، بهترين عملكرد در زاويه ي تزريق 20 درجه گزارش شد. همچنين با بررسي مشابه براي ساير پارامترهاي هندسي براي يك سوراخ تزريق با دندانه مارپيچ، بهترين عملكرد خنك كاري لايه اي براي سطح مقطع دندانه دار دايره اي شكل به قطر D كه شامل 2 دندانه با ضخامت 0.0125D، ارتفاع 0.1D و گام پيچش 0.33D مي باشد، گزارش گرديد. در قسمت سوم حل عددي به بررسي تأثير دو سوراخ تزريق جداگانه بر روي هم پرداخته شد و پارامترهاي هندسي شامل فاصله ي بين دو سوراخ، ضخامت و ازتفاع دندانه ها و گام پيچش آن بهينه سازي گرديد. با استفاده از نتايج حل عددي بدست آمده، بهترين عملكرد خنك كاري لايه اي براي دو سوراخ دندانه دار با ضخامت دندانه 0.025D، ارتفاع 0.05D و گام پيچش 0.67D كه با فاصله 1.1D از هم مي باشد، گزارش گرديد.
چكيده انگليسي :
The present study proposes a novel method to improve the performance of film cooling. In this type of cooling, due to the presence of counter-rotating vortex pairs downstream of the injection hole, the formed film on the surface tends to detach from the surface. A new geometry is proposed to overcome this vortex pair. In this geometry, the injection passage is equipped with one or more helical ribs. These ribs induce rotation in the injected cooling fluid flow which prevents the separation of the coolant film from the surface. Analysis and optimization of the effective parameters are done including the injection angle, the height, thickness, number, and pitch of the ribs. The results show that by exceeding the injection angle from an optimum value, the mixing tendency of the injected fluid and main flow increases, and the cold fluid film lift-off occurs faster. On the other hand, as this angle decreases, the pressure drop rises. Considering both the heat transfer and pressure drop effects, the best performance is observed at the injection angle of 20°. Moreover, the best performance is achieved for the ribbed passage (of D diameter) with two ribs of 0.025D thickness, 0.1D height, and 0.33D rib pitch. Also, the best film cooling performance was reported for two ribbed holes with a rib thickness of 0.025D, a height of 0.05D, and a pitch of 0.67D, which is the distance between two holes 1.1D.
