بررسی تجربی و عددی عملکرد خنک‌کاری لایه‌ای نوسانی موج مربعی روی صفحه تخت

در این تحقیق اثر هوای تزریق نوسانی موج مربعی بر توزیع دما و اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای صفحه تخت در فرکانس‌ها و نسبت‌های دمش مختلف به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار می‌گیرد. هوای گرم از طریق سوراخ‌های با زاویه 25درجه تزریق می‌شود. جریان نوسانی موج مربعی در چهار فرکانس 2، 10 و 50 و 100هرتز و پنج نسبت دمش 0/5، 1، 1/5، 2/4 و 3 ایجاد می‌شود. معادلات ناویراستوکس به روش میان‌گیری رینولدز برای بررسی خنک‌کاری لایه‌ای حل شدند. برای در نظر گرفتن اثرات توربولانس از مدل انتقال تنش برشی کی امگا استفاده شد. نتایج نشان داد که در حالت پایا با افزایش نسبت دمش اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای کاهش و شیب آن افزایش می‌یابد. اختلاف مقادیر اثربخشی خط مرکزی بین حالت عددی و تجربی با فاصله گرفتن از لبه سوراخ تزریق کاهش می‌یابد. در حالت نوسانی در مقایسه با حالت پایا به طور کلی مقدار اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای کاهش می‌یابد. بلندشدن محلی جت تحت تاثیر نوسان افزایش می‌یابد. در حالت نوسانی نیز با افزایش نسبت دمش در یک فرکانس ثابت به طور کلی اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای کاهش می‌یابد. با افزایش فرکانس به طور کلی مقدار اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای افزایش می‌یابد. بیشترین مقدار متوسط اثربخشی خط مرکزی در فرکانس 100هرتز و نسبت دمش 0/5 و کمترین مقدار آن در فرکانس 2هرتز و نسبت دمش 3 به دست آمد. در حالت نوسانی بیشترین اختلاف متوسط اثربخشی خط مرکزی بین نتایج تجربی و عددی برابر 25/55% و کمترین اختلاف برابر 0/717% بود.

Experimental and Numerical Investigation of Square Wave Pulsed Film Cooling Performance on a Flat Plate

In this research, the effect of square wave pulsating air on temperature distribution and film cooling effectiveness of flat plate at different frequencies and blowing ratios is experimentally and numerically investigated. Hot air is injected through the holes at an angle of 25 degrees. Square wave pulsed flow is generated at four frequencies of 2, 10, 50, 100 Hz, and five blowing ratios of 0.5, 1, 1.5, 2.4 and 3. To study the film cooling, NavierStokes equations are solved by a Reynolds average method. The SST k omega; model was used for turbulent modeling. The results showed that the film cooling effectiveness decreases with increasing of blowing ratio along with an increase in its rate of changes. The difference of centerline film cooling effectiveness between the numerical and experimental values decreases with increasing distance from the edge of injection hole. In general, pulsating decreases film cooling effectiveness in comparison with steadystate. The liftoff of the local jet increases under pulsation. In the pulsating state, the overall film cooling effectiveness decreases by increasing the blowing ratio at a constant frequency. On the other hand, increasing the frequency increases the overall efficiency of film cooling. The maximum averaged centerline effectiveness was obtained at a frequency of 100 Hz and a blowing ratio of 0.5 and the minimum value was obtained for a frequency of 2 Hz and a blowing ratio of 3. For pulsed flow, the maximum and minimum differences of the averaged centerline film cooling effectiveness between experimental and numerical results were 25.55% and 0.717%, respectively.