Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Ahmad-Reza Azimian
محمود اشرفی زاده (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Behnam Abbasi
بهنام عباسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Numerical study of blade cooling on gas turbine
Gas turbines are widely used in industry. The turbine inlet temperature of modern gas turbine engines has been increased to achieve higher thermal efficiency. However, the increased inlet temperature can result in material failure of the turbine system due to the higher heat transfer and induced thermal stresses.The leading edge of the rotor blade experiences the highest values of heat transfer coefficient That’s why the most conventional researches (including the present research) places film cooling holes on leading edge of blade. The cooling holes have been made at three parallel rows. The Gambit grid generation software was used to generate unstructured grids, with fine grid clustering near the wall. Computations have been followed upon the heat transfer coefficient of blades by Fluent to solve compressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations.The results have been compared with experimental evidences. In compare with experimental data, Heat transfer coefficient shows a good agreement on pressure surface while the results on suction surface don’t seem satisfactory. The reason for this poor agreement could be placed on decreasing of pressure at suction surface that lead to instability of flow. Best predictions have been made by k-?-SST model and v 2 f model. At First, blades’ film cooling has been studied without motion. Then the effects of mass and temperature coolant have been followed. Secondly, rotary blades have been studied for the variations of mass coolant at three velocities. Temperature reduction of coolant doesn't have a great effect on heat transfer coefficient, but decreases the heat transfer coefficient in small areas on the blades’ pressure surface. Increasing mass coolant up to 1 percent of hot fluid, decreases heat transfer coefficient at most area especially at pressure surface. Also growth of mass coolant up to 1.5 percent of hot fluid increases heat transfer coefficient at some areas of suction surface near the leading edge which is because of expansion in turbulency near the holes. Variant of mass coolant has been studied with three flows at rotator status. Decreasing Heat transfer coefficient have caused raising mass coolant up to 1.5 percent of hot gas, Variations of mass coolant have been studied with three kinds of flows concerning rotator status. First of all, under low and moderate velocities, increasing mass coolant up to 1.5 percent causes a reduction on heat transfer coefficient. Second of all, concerning high rotation velocities we will have a reduction on the coefficient up to the 1 percent while proceeding to 1.5 percent put incremental changes on some parts of blade. Keywords: Film cooling, Gas turbine, Rotor blade, Heat transfer coefficient
با توجه به مشکلات و هزینه های بالا در انجام کارهای تجربی، تحقیقات عددی بسیاری در این زمینه صورت گرفته است. در این شبیه سازی عددی، مدل هندسی و شبکه محاسباتی به کمک نرم افزار گمبیت ایجاد شده است. از نرم افزار فلوئنت نیز برای حل معادلات حاکم و تحلیل جریان استفاده شده است. با توجه به مغشوش بودن جریان در توربوماشین ها استفاده از معادلات اغتشاشی مناسب برای مدل کردن اغتشاشات جریان یکی از مسائل مهم در تحلیل حرارتی جریان های موجود در توربین ها است. در پژوهش حاضر نیز برای یافتن مدل اغتشاشی مناسب ابتدا از چندین مدل اغتشاشی برای حل مساله استفاده شد. مدل های اغتشاشی مورد بررسی مدل های دو معادله ای و یک مدل چهار معادله ای است. صحت نتایج بدست آمده از طریق مقادیر گزارش شده در کارهای تجربی تأیید شده است. بهترین پیش بینی ها توسط مدل های k-?-SST و v 2 f انجام شده که به دلیل هزینه محاسباتی بالا از مدل اغتشاشی v 2 f استفاده نشده است. به دلیل اینکه در مدل اغتشاشی k-?-SST ازتابع دیواره استفاده نشده، نیاز به شبکه محاسباتی مناسب در کنار مرز پره باعث افزایش حجم شبکه محاسباتی شده است. پیش بینی های انجام شده در سمت فشاری انطباق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد اما در سطح مکشی به دلیل ناپایداری های ایجاد شده در جریان نتایج بدست آمده با نتایج تجربی انطباق خوبی ندارد. در اکثر کارهای تجربی و عددی انجام شده در این زمینه پره های توربین به صورت ثابت و بدون حرکت مورد بررسی قرار گرفته اند در حالیکه در شرایط واقعی پره های توربین با سرعت بالا در حال دوران هستند. در پژوهش حاضر ابتدا با استفاده از مقادیر آزمایشگاهی گزارش شده برای شرایط مرزی، به بررسی حرارتی جریان اطراف پره های توربین در حالت وجود و عدم وجود خنک کاری لایه ای پرداخته شده، سپس با تغییر پارامترهای مؤثر در خنک کاری به بررسی چگونگی تغییر ضریب انتقال حرارت پرداخته شده است. بعد از بررسی پره در حالت ساکن به بررسی اثر دوران بر خنک کاری لایه در حالت متحرک پرداخته شده است. دما و دبی سیال خنک از پارامترهای مهم در خنک کاری لایه ای پره های توربین است. در حالت ساکن نشان داده شده که با تغییر دمای سیال خنک تغییر چندانی در ضریب انتقال حرارت بر روی بدنه پره ایجاد نشده است. با کاهش دمای سیال خنک فقط در نواحی کوچکی از ناحیه فشاری پره کاهش اندکی در ضریب انتقال حرارت ایجاد شده است. افزایش دبی سیال خنک در حالت ساکن تا 1 درصد جریان گرم اصلی در کاهش ضریب انتقال حرارت مفید بوده درحالیکه با افزایش بیشتر دبی سیال خنک ضریب انتقال حرارت در قسمت هایی از بدنه پره افزایش می یابد. در حالت متحرک با سرعت دوران کم و متوسط افزایش دبی سیال خنک تا 5/1 درصد باعث کاهش ضریب انتقال حرارت خواهد شد، در حالیکه در سرعت های دوران بالا، با افزایش دبی سیال خنک تا 1 درصد جریان گرم اصلی، ضریب انتقال حرارت کاهش خواهد یافت و با افزایش 5/1 درصدی سیال خنک در قسمت هایی از بدنه پره ضریب انتقال حرارت در اثر افزایش اغتشاشات افزایش خواهد یافت.کلمات کلیدی: 1- خنک کاری لایه ای 2-توربین گازی 3-پره های روتور 4- ضریب انتقال حرارت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی