Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamadreza Salimpour,Mohamad Reza Tavakoli nejad
محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) محمدرضا توکلی نژاد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Reza Kazemzadeh
رضا کاظم زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Gas turbines are used in jet engines, power plants and other industrial applications. In jet engines, increasing the pressure ratio of the compressor and inlet temperature of the gas turbine are two major methods for increasing the efficiency and output of the motor. In modern gas turbines, in order to increase efficiency, the hot gas temperature usually enters the high pressure turbine at the melting temperature of the alloys used in the manufacturing of the turbine blades. Along with the advances in metallurgy, one of the most common methods for retaining blades and the body of the combustion chamber is using film cooling, in which a layer of cooling flow between the surface and the passing hot gas is formed so that the hot gas output from the combustion chamber that enters the turbine doesn’t damage the blade. The overall purpose of the project is to design a non-uniform Arrangment of elliptical holes for film cooling on a flat plate, that the optimum distance between the rows of holes can optimize the effectiveness of the film cooling. In the film cooling as the layer of the cross section of the cooling hole is more stretched out, due to reduced momentum and better surface coating, the effectiveness increases. For this purpose, two types of cooling holes with elliptic of type II (a/b =2) and type III (a/b =3) have been used in this project. Due to the constant main flow rate, with increasing of blow ratio (M) the velocity of the cooling fluid increases, and as a result, the vertical momentum of the cooling fluid increases. By increasing the blowing ratio to a limit, the coolant fluid separates from the surface and penetrates the mainstream and reduces its effectiveness. Therefore, the centerline and laterally averaged effectiveness diagrams for different blowing ratios were plotted and the highest effectiveness was reported in optimum blow ratio (M = 0.75). In the cooling of the plate by two rows of elliptical holes, as the second row gets closer to the first row of holes, because it covers the distance (width) between the first row of holes, the effectiveness increases. On the other hand, because of the low distance between the first and second rows, the maximum of Von Mises stress is higher than the other configuration. In contrast to the previous configuration, in cooling by three rows of elliptical cross-sectional cooling, by increasing the distance of the second and third row (at an optimum distance) the effectiveness is increased, and the maximum Von Mises stress is reduced. Keywords: Gas turbine, Film cooling, elliptical holes, Blowing ratio, Effectiveness, Von Mises stress
توربین‌های‌گاز در موتورهای جت، نیروگاه‌های تولید برق و دیگر مصارف صنعتی کاربرد دارند. در موتورهای جت، افزایش نسبت فشار کمپرسور و دمای ورودی به توربین گاز دو روش عمده برای افزایش راندمان و توان خروجی موتور می‌باشد. در توربین‌گاز مدرن به منظور افزایش راندمان، معمولاً دمای گاز داغ ورودی به توربین فشار بالا در محدوده دمای ذوب آلیاژهای مورد استفاده در ساخت پره‌های توربین می‌باشد. در کنار پیشرفت‌های علم متالورژی، یکی از رایج‌ترین روش‌های حفظ پره‌ها و بدنه محفظه احتراق، روش خنک‌کاری لایه‌ای می‌باشد که در آن لایه‌‌ای از جریان خنک‌کاری بین سطح و جریان گاز داغ عبوری ایجاد می‌گردد تا گاز داغ خروجی از محفظه احتراق و ورودی به توربین موجب از بین رفتن پره نگردد. هدف کلی پروژه موردنظر، طراحی چیدمان غیریکنواخت منفذهای بیضی شکل جهت خنک‌کاری لایه‌ای روی یک صفحه تخت می‌باشد به صورتی که فاصله‌ی بهینه بین ردیف‌های منفذها را به گونه‌ای بیابیم که اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای بیشینه شود. در روش خنک‌کاری لایه‌ای هرچه مقطع سوراخ‌های خنک‌کاری در جهت عرضی کشیده‌تر باشد، به‌دلیل کاهش مومنتوم و پوشش بهتر سطح، اثربخشی افزایش می‌یابد. بدین منظور در پروژه حاضر از دو نوع سوراخ خنک‌کاری با مقاطع بیضوی نوع دوم (a/b=2) و نوع سوم (a/b=3) استفاده شده است. به‌دلیل ثابت بودن سرعت جریان اصلی، با افزایش نسبت دمش (M)، سرعت سیال خنک‌کننده افزایش می‌یابد و در نتیجه مومنتوم عمودی سیال خنک‌کننده زیاد می‌شود. با افزایش نسبت دمش از یک حد، سیال خنک‌کننده از سطح جدا شده و به جریان اصلی نفوذ می‌کند و اثربخشی کاهش می‌یابد. بنابراین نمودارهای اثربخشی روی خط مرکزی و در جهت عرضی به‌ازای نسبت‌های دمش‌ مختلف رسم و بیشترین اثربخشی در نسبت دمش بهینه (M=0.75) گزارش شد. در خنک‌کاری صفحه توسط دو ردیف سوراخ با مقطع بیضوی، هرچه ردیف دوم به ردیف اول سوراخ‌ها نزدیک‌تر باشد، به‌دلیل پوشش فاصله (عرضی) بین سوراخ‌های ردیف اول، اثربخشی مؤثرتر می‌باشد. از طرفی به‌دلیل فاصله کم بین ردیف اول و دوم ماکزیمم تنش فون میسز نسبت به حالت‌های دیگر بیشتر می‌باشد. بر خلاف حالت قبل، در خنک‌کاری توسط سه ردیف سوراخ خنک‌کاری با مقطع بیضوی، با افزایش فاصله‌ی بین ردیف دوم و سوم (در یک فاصله بهینه) اثربخشی مؤثرتر و ازطرفی ماکزیمم تنش فون‌میسز کاهش می‌یابد. کلمات کلیدی: توربین گاز، خنک‌کاری لایه‌ای، منفذهای بیضی شکل، نسبت دمش، اثربخشی، تنش فون‌میسز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی