بررسی اثرات ترکیبی خنک کاری داخلی و پوشش پره با مواد محافظ حرارتی در انتقال حرارت پره های نازل یک توربین

به منظور افزایش راندمان در توربین های گاز پیشرفته امروزی، دمای ورودی به توربین بسیار بالاتر از حد مجاز تحمل فلز پره ها می باشد. دمای پره های واقع شده در ردیف های ابتدایی توربین، با اتخاذ ترکیبی از روشهای مناسب و به منظور جلوگیری از تخریب، کاهش می یابد. در این پژوهش از رویکرد حل همزمان به منظوربررسی دقیق انتقال حرارت و آیرودینامیک بر روی سطح پره استفاده شده است. برای ارزیابی نتایج این پژوهش، از نتایج تجربی حاصل از خنک کاری داخلی پرهMark II استفاده شد. در ارزیابی اولیه، نتایج حاصل از مدل های آشفتگی SST و SST-γ−Reθ با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گشتند. نتایج آیرودینامیکی حاصل ازتوزیع فشار و نتایج حرارتی حاصل از توزیع دما در مدل چهار معادله ای SST-γ−Reθ ، به خاطر قابلیت های آن در پیش بینی ناحیه ی انتقال در سطح مکش توربین، از تطابق بهتر و اختلافی کمتر از ۵ / ۳ درصد در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی برخوردار می باشند. به منظور کاهش بیشتر و موثرتر دمای پره توربین، در بخشی دیگر از این پژوهش اثر افزوده شدن مواد محافظ حرارتی چند لایه بر روی سطح پره، در ترکیب با خنک کاری داخلی مورد بررسی قرار گرفت. حداکثر افزایش راندمان خنک کاری به علت وجود مواد محافظ حرارتی، بر روی سطح فشار حدود ۶ درصد و بر روی سطح مکش حدود ۱۰ درصد می باشد. همچنین پوشش پره با مواد محافظ، سبب کاهش دمای کل سطح پره می گردد. حداکثر کاهش دما بر روی سطح مکش رخ داده و میزان این کاهش حدود ۷ / ۵ درصد می باشد؛ در حالیکه میزان کاهش دما و اثر بخشی مواد محافظ در لبه انتهایی پره کاهش یافته و سبب کاهش ۵ / ۱ درصدی دما در این ناحیه می شود.

Keywords:

انتقال حرارت همزمان , خنک کاری داخلی , انتقال جریان آرام به آشفته , پوشش مواد محافظ حرارتی , راندمان خنک کاری