تحلیل عملکرد پره توربین پوشش یافته با TBC با شبیه سازی عددی

با افزایش دمای ورودی به توربین گاز. گرمای منتقل شده به پره توربین به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. از این رو روش های پیشرفته خنک کاریبه منظور افزایش طول عمر و اطمینان از عملکرد ایمن پره های توربین مورد نیاز است. در این مقاله تحلیل عددی عملکرد خنک کاری پره توربین بدونپوشش و پره با پوشش مانع حرارتی (TBC) بدون فیلم خنک کاری در شدت توربولانسی ۵ درصد انجام شد. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با آنالیزانتقال حرارت ترکیبی (CHT) به منظور پیش بینی توزیع دما و توزیع فشار و همچنین محاسبه ضریب انتقال حرارت سطح پره توربین» تحت شرایط گزارششده درآزمایش هیلتون. استفاده شد. پره توربین (C۳X) به دلیل در دسترس بودن اطلاعات هندسی آن به عنوان مدل هندسی این تحقیق انتخاب شد.مسئله انتقال حرارت ترکیبی پره توربین و میدان جربان اطراف آن در نرم افزار(CFX) با بکارگیری مدل آشفتگی K-W SST شبیه سازی شد. یکبار ازهوای ایده ال و بار دیگر از هوای مه الود که با پاشش قطرات آب در هوا ایجاد شده است. به عنوان سیال خنک کن برای دو مدل پره استفاده شد. نتایج حاصل ازشبیه سازی نشان داد که توزیع فشار به جز در قسمتی از ناحیه مکشی تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی داشته است. در نتایج توزیع دما در پره پوشش یافتهزمانی که از سیال هوا به عنوان خنک کاری استفاده شد دمای سطح پره کمی بیشتر از نتایج تجربی نشان داده شد و ماکزیمم اختلاف دما با نتایج تجربی درسطح فشار ۳/۳% و در سطح مکش، ۳.۸% بدست آمد اما زمانی که از هوای مه آلود به عنوان سیال خنک کن استفاده شد. دمای سطح پره تا حد بسیار زیادیکاهش یافت تا جایی که توانست بجز در محدوده X/C<۰.۴؛>۰.۱ در سمت ناحیه مکش در بقیه نواحی دما را کمتر از مقادیر تجربی پیش بینی کند. درنتایج توزیع دما در پره بدون پوشش زمانی که از سیال هوا به عنوان خنک کاری استفاده شد دمای سطح پره بیشتر از نتایج تجربی نشان داده شد و ماکزیمماختلاف دما با نتایج تجربی در سطح فشار ‎%۵.۱۹ و در سطح مکش. ۴.۴% بدست آمد اما زمانی که از هوای مه آلود به عنوان سیال خنک کن استفاده شد.دمای سطح پره به جز محدوه X/C<۰.۶؛۰.۰۵ در سمت ناحیه مکشی .در بقیه نواحی تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی داشت. درپایان در نمودار ضریبانتقال حرارت برحسب طول پره مشخص شد که اختلاف نتایج ضریب انتقال حرارت شبیه سازی شده نسبت به نتایج تجربی( مخصوصا در سمت ناحیهمکشی) در پره پوشش یافته نسبت به پره بدون پوشش کمتر است و نتایج قابل قبول تری را ارائه داد .

Keywords:

پره توربین , انتقال حرارت ترکیبی , پوشش مانع حرارتی , ضریب انتقال حرارت , خنک کاری داخلی