تحقيق تجربي بررسي اثرات خنك‌كاري لايه‌اي بر انتقال حرارت رديف پره توربين‌محوري

كارشناسي ارشد

در مطالعه‌ي حاضر، عملكرد خنك‌كاري لايه‌اي رديف حفره‌هاي استوانه‌اي بر سطح پره توربين محوري، به‌صورت تجربي و با استفاده از روش حرارتي حالت ماندگار بررسي‌شده است. هندسه پره موردمطالعه، مطابق با هندسه مورداستفاده در موسسه ون كارمن (VKI) مي‌باشد. شش رديف حفره بر روي سطح پره قرارگرفته است كه سه رديف در لبه حمله، دو رديف در سطح مكش و يك رديف در سطح فشار واقع‌شده است. عملكرد خنك‌كاري لايه‌اي هر سه منطقه، در نسبت دمش‌هاي مختلف از 0٫2 تا 1٫2 موردبررسي قرارگرفته است. در طول آزمايش‌ها، شدت اغتشاشات ثابت و برابر با %1٫4، زاويه برخورد متغير از 10- تا 10+ درجه و نسبت چگالي برابر 0٫86 در نظر گرفته‌شده است. عدد رينولدز بر اساس سرعت جريان اصلي و طول وتر پره محاسبه‌شده و مقدار آن از k100 تا k250 متغير مي‌باشد. در اين پژوهش، ضريب اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي، ضريب انتقال حرارت جا‌به‌جايي در حضور خنك‌كاري لايه‌اي، ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي بدون خنك‌كاري لايه‌اي، نسبت عدد رينولدز و عدد ناسلت و همچنين نرخ خالص كاهش شار حرارتي (NHFR)، محاسبه‌شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه در سطح مكش، با افزايش نسبت دمش تا مقدار 0٫6، ميزان اثربخشي خنك‌كاري افزايش مي‌يابد اما به علت تمايل جريان تزريقي به جدايش از سطح به واسطه هندسه محدب، افزايش بيشتر نسبت دمش منجر به كاهش اثربخشي مي‌گردد؛ اما در سطح فشار، افزايش نسبت دمش، افزايش اثربخشي را به دنبال دارد. در ناحيه لبه حمله نشست جريان تزريقي بر روي سطح پره و به تبع آن مقدار اثربخشي خنك‌كاري پايين مي‌باشد. در اطراف رديف حفره‌هاي خنك‌كاري لبه حمله منتهي به سطح مكش، جدايش جريان و الحاق مجدد به سطح مشاهده شده است. همچنين نتايج نشان مي‌دهند كه افزايش تعداد رديف حفره‌ها، منجر به افزايش اثربخشي به ميزان %12 در نواحي تحت تاثير خنك‌كاري مي‌گردد. با تغيير زاويه برخورد ، تغيير قابل‌توجهي در ميزان اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي در لبه حمله ايجاد مي‌شود. با تغيير زاويه برخورد، محل خط سكون تغيير مي‌كند. نتايج نشان مي‌دهند كه در زاويه برخورد 5- ميزان اثربخشي خنك‌كاري در سطح مكش به مقدار 16% افزايش مي‌يابد، درحالي‌كه ميزان اثربخشي در سطح فشار تغيير چنداني نسبت به حالت طرح نمي‌كند؛ بنابراين منفي شدن زاويه برخورد اثر مطلوب‌تري بر عملكرد خنك‌كاري لايه‌اي دارد. در اين مطالعه، رابطه عدد ناسلت و عدد رينولدز به صورت نشان داده شده است كه حاكي از لايه مرزي مغشوش مي‌باشد. تطابق منحني‌هاي در اعداد رينولدز مختلف نشان مي‌دهد كه رفتار لايه مرزي حرارتي و آيروديناميكي مستقل از شرايط عملكردي است. همچنين در اين پژوهش مقدار كاهش خالص شار حرارتي (NHFR) براي بررسي مزيت خنك‌كاري لايه‌اي و عملكرد خالص آن محاسبه‌شده است. .كاهش خالص شار حرارتي در نقاط تحت تأثير خنك‌كاري لايه‌اي مثبت بوده و اين امر نشانگر عملكرد مطلوب خنك‌كاري لايه‌اي مي‌باشد.

194281

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي - علوم حرارتي

دكتر رضا تقوي زنوز