کمی‌سازی عدم‌قطعیت جریان و انتقال حرارت مغشوش در خنک‌کاری لایه‌ای

در مقاله حاضر کمی‌سازی عدم‌قطعیت میدان جریان و انتقال حرارت مغشوش در خنک‌کاری لایه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار دو پارامتر غیرقطعی یعنی عدد رینولدز جریان (re) و عدد پرانتل جریان مغشوش (pr_t) با تابع توزیع احتمال یکنواخت و شش پارامتر غیرقطعی دیگر یعنی نسبت دمش (m)، نسبت چگالی جریان خنک‌کننده به جریان اصلی (dr)، شدت آشفتگی جریان اصلی و خنک‌کننده در ورودی (i_h و i_c)، طول مقیاس جریان اصلی و جریان خنک‌کننده در ورودی (l_h و l_c) با تابع توزیع احتمال به شکل بتا در نظر گرفته شده است. برای اینکه در شرایط جریانی مختلفی تحلیل عدم‌قطعیت انجام شود ابتدا کمی‌سازی عدم‌قطعیت در نسبت دمش پایین، m=0.5 و سپس در نسبت دمش بالا، m=2 انجام گرفته است. انتشار عدم‌قطعیت‌ها در میدان جریان و انتقال حرارت مغشوش با استفاده از روش بسط چندجمله‌ای آشوب غیرمداخله‌گر با مرتبه p=3 وارد گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که شرایط غیرقطعی جریان و انتقال حرارت مغشوش تاثیر چشمگیری بر روی ضریب اثربخشی آدیاباتیک خنک‌کاری لایه‌ای دارند. از میان پارامترهای تصادفی در نظر گرفته شده، re، dr و m بترتیب بیشترین تاثیر را بر روی ضریب اثربخشی پیش‌بینی کردند در حالیکه پارامترهای i و l جریان اصلی و خنک‌کننده کمترین تاثیر را نشان دادند.

Uncertainty quantification of the turbulent flow field and heat transfer of film cooling

In the present paper, Uncertainty Quantification (UQ) of the turbulent flow field and heat transfer of film cooling is investigated. For this end, two stochastic flow and heat transfer parameters, namely, the Reynolds number (Re) and the turbulent Prandtl number (Pr_t) with the uniform Probability Distribution Functions (PDFs), along with six stochastic film cooling parameters, namely, the blowing ratio (M), the density ratio (DR), the turbulent intensity and the length scales of mainstream and coolant flow (I_h,I_c,L_h,L_c) all with the Beta PDF are considered. To quantify uncertainty in different flow conditions, UQ analysis is firstly investigated in the low blowing ratio (i.e., M=0.5) and then in the high blowing ratio (i.e., M=2). The uncertainties are propagated in the turbulent flow field and heat transfer using the NonIntrusive Polynomial Chaos Expansion (NIPCE) method with polynomial order p=3. The nondeterministic CFD results show that considering stochastic conditions yield to a significant effect on the film cooling effectiveness. In addition, among the considered random parameters, the uncertain variables of Re, DR and M mostly influence the cooling effectiveness. While the remaining of random parameters (i.e. I_h,I_c,L_h and L_c) show a negligible effect.