خنک کاری غشایی از لبه هادی پره توربین گازی- تعیین موقعیت بهینه سوراخ تزریق

یکی از روش های افزایش کارآیی پره های توربین های گازی- با توجه به بررسی سیکل ترمودینامیکی- بالا بردن دمای گاز ورودی می باشد. با توجه به محدودیت های متالورژیکی و برای افزایش طول عمر پره ها، نیاز اصلی به خنک کاری پره خواهد بود. یکی از روش های خنک کاری، تزریق جریان خنک کن از طریق یک سری سوراخ می باشد که می تواند سبب رشد چشمگیر راندمان توربین گردد؛ که منجر به بررسی نحوه رفتار یک جت با تقارن محوری در مجاورت سطح و به عنوان خنک کن می گردد. در این مطالعه لبه ورودی توربین گازی به صورت یک استوانه مدل سازی شده و موقعیت بهینه ردیف سوراخ های تزریق نسبت به خط توقف استوانه، با بررسی عددی و تجربی- در شرایط مشخص: نسبت دمش ( تزریق) 4/0، هندسه مشخص سوراخ های تزریق و با یک ردیف سوراخ به صورت متقارن در هر طرف استوانه- با مطالعه توزیع فشار، توزیع تنش های برشی و مؤثر بودن پدیده انتقال گرما تعیین شده است. حل عددی این مطالعه با استفاده از نرم افزار فلوئنت( با روش گسسته سازی حجم محدود) انجام گرفته و برای مدل کردن تلاطم از مدل دو معادله ای استاندارد با تابع دیوار غیر تعادلی استفاده شده است. نتایج هیدرودینامیکی حاصل از کار تجربی که در آزمایشگاه مکانیک سیالات و در همین زمینه انجام گرفته، مقایسه شده است. نتایج عددی به دست آمده نشان می دهند که مقادیر بیشینه بازده آدیاباتیکی متوسط درست در پایین دست محل ردیف سوراخ های تزریق مشاهده می شوند. کمی دورتر در پایین دست سوراخ های تزریق، اختلاط سیال ثانویه با جریان اصلی، باعث کاهش بازده لایه می شود. در حالت کلی، تزریق جریان خنک کن ثانویه در زاویه ˚35 ردیف سوراخ ها نسبت به خط توقف استوانه هم از لحاظ بیشینه مقدار بازده آدیاباتیک لایه خنک کاری و هم از لحاظ پوشش مناسب لایه در روی استوانه در پایین دست سوراخ تزریق، از دیگر زاویه ها مناسب تر است. بررسی تنش برشی در روی استوانه نیز نشان می دهد که زاویه ˚35 ردیف سوراخ های تزریق نسبت به خط توقف استوانه، نتایج مطلوب تری دارد. مقایسه منحنی های ضرایب فشار روی خط گذرنده از فاصله بین دو سوراخ و روی خط گذرنده از مرکز سوراخ در روی استوانه، تطابق مناسبی را در دو حالت تجربی و تئوری نشان می دهد. درست در پایین دست محل تزریق، ضریب فشار به دلیل جدایش به واسطه تزریق جریان خنک کن، کاهش ناگهانی می یابد. با افزایش زاویه ردیف سوراخ های تزریق، جدایش جریان از روی استوانه در زاویه کوچکتری( سریع تر) اتفاق می افتد.