شبیه سازی عددی انتقال حرارت در کانال دندانه دار پره توربین

خنک­کاری پره­ها از چالش­های پیش­رو در توسعه توربین­های گازی است. به منظور بهبود انتقال حرارت در داخل پره، از کانال­های خنک­کاری استفاده می­شود. استفاده از دندانه­های تکرارشونده در سطوح داخل کانال تاثیر قابل توجهی بر مشخصه­های جریان سیال و انتقال حرارت دارد. در مطالعه حاضر به شکل عددی به مطالعه تاثیر دندانه­های تکرار شونده با گام تکرار و ارتفاع معین پرداخته شده است. برای جریان­های با اعداد رینولدز ۱۰۰۰۰ تا ۸۰۰۰۰، جریان آشفته سیال و انتقال حرارت مورد شبیه سازی قرار گرفت. روش حجم محدود مورد استفاده قرار گرفت، برای شبیه­سازی آشفتگی از مدل استاندارد k – ε استفاده شد. شرط مرزی حرارتی شار حرارتی ثابت در دیواره کانال بود. مقدار شار حرارتی به نحوی تعیین گردید تا اختلاف دما بین ۱۰ تا ۱۵ درجه سانتیگراد باشد. نتایج مطالعه حاضر با نتایج تجربی موجود در شرایط مشابه مورد مقایسه قرار گرفت. ضریب افت فشار در هر دو حالت دوبعدی و سه­بعدی تشابه خوبی با مقادیر تجربی داشت. ضریب انتقال حرارت که در محاسبه دوبعدی حاصل شد، تفاوت اندکی با نتایج تجربی داشت. دقت نتایج شبیه­سازی سه­بعدی برای ضریب انتقال حرارت در محدوده رینولدز پایین مناسب نبود، اما با افزایش عدد رینولدز به طور پیوسته بهبود ­یافت. مشاهده شد که حداکثر انتقال حرارت و افت فشار به ترتیب در حدود بیش از ۲۰۰% و ۳۰۰% افزایش پیدا ­کرد. از دلایل افزایش انتقال حرارت می­توان به ایجاد جریان­های ثانویه و ایجاد گسستگی در رشد لایه مرزی اشاره نمود.

Keywords:

انتقال حرارت جابه جایی , کانال , دینامیک سیالات محاسباتی , دندانه , بهبود انتقال حرارت