شبیه سازی عددی و تحلیل عوامل موثر بر انتقال حرارت پره های توربین گاز در روش خنک کاری لایه ای

موثرترین راه برای بالا بردن کارایی سیکل توربین گاز، افزایش دمای ورودی به توربین می باشد. از طرفی افزایش دمای ورودی به توربین سبب کاهش عمر پره و تخریب آن می گردد. بنابراین پره های توربین باید با روش های مناسب خنک گردند. در این پژوهش ابتدا با استفاده از رویکرد انتقال حرارت هم زمان به بررسی خنک کاری داخلی و لایه ای پره C۳X پرداخته شد. نتایج صحت سنجی شبیه سازی های عددی با داده های تجربی نشان می دهند که مدل SST-γ با اختلاف کمتر از ۳/۵ درصد در پیش بینی دما، دقت بالایی در پیش بینی نتایج داشته و قابلیت مناسبی برای تحلیل جریان به خصوص در ناحیه انتقال آرام به آشفته ارائه می دهد. سپس عوامل موثر بر انتقال حرارت پره های توربین از طریق پارامتر هایی نظیر دبی جرمی خنک کننده، شدت آشفتگی و عدد رینولدز جریان اصلی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که افزایش دبی جرمی باعث کاهش دمای سطح پره، به ویژه در نواحی نزدیک به حفره های خنک کاری، می شود. در دبی های جرمی بسیار بالا، جریان برگشتی و ایجاد گردابه ها در ناحیه خروجی خنک کننده ها منجر به افزایش انتقال حرارت و دمای سطح در پایین دست حفره ها می شود. افزایش شدت آشفتگی تا ۲۰ درصد، باعث کاهش ۲۷ درصدی راندمان خنک کاری بر سطح مکش و کاهش ۱۳ درصدی راندمان در سطح فشار می گردد. علاوه بر این افزایش شدت آشفتگی باعث نزدیک تر شدن ناحیه انتقال آرام به آشفته به ابتدای پره می گردد. افزایش عدد رینولدز جریان اصلی، تاثیری بر موقعیت انتقال جریان آرام به آشفته ندارد، اما باعث افزایش ۴ درصدی دما بر روی نواحی میانی سطح پره می گردد.

Keywords:

خنک کاری لایه ای , راندمان خنک کاری , دبی جرمی خنک کننده , شدت آشفتگی , عدد رینولدز