مطالعه عددی ترکیب روش های خنک کاری داخلی در ناحیه دیواره نوک پره توربین گاز

ناحیه نوک تیغه در معرض بارهای حرارتی بالایی از نشت جریان‌های گاز داغ قرار دارند. بنابراین برای داشتن دوام و عملکرد ایمن جهت کارکرد مورد اطمینان باید خنک شوند. یک راه مرسوم برای خنک‌کاری نوک پره طراحی گذرگاه‌های مارپیچ داخلی با خم 180 درجه در زیر نوک پره توربین می‌باشد. پین-فین، دیمپل و برآمدگی مکانیزم‌های موثری جهت افزایش انتقال حرارت در کاربرد‌های مختلف می‌باشند. در این مقاله به بررسی سه ‌‌بعدی جریان و انتقال حرارت پایا توسط سیال خنک‌کننده تراکم‌ناپذیر، دیواره داخلی نوک پره را با سه مدل ترکیبی از آرایه‌ غیرخطی پین-فین، دیمپل و برآمدگی تشکیل و توسط کانال دو پاسه با خم 180 درجه به صورت عددی با استفاده از مدل توربولانسی کی‌اپسیلون realizable در محدوده‌ی رینولدز 100000 تا 440000 به شبیه‌سازی پره‌های ثابت و چرخان با عدد چرخش1/0، پرداخته شده است. در این بررسی پارامترهای اساسی سنجش جریان، انتقال حرارت و عملکرد حرارتی این سه مدل مورد ارزیابی قرار گرفته است. ترکیب آرایه غیر خطی از برآمدگی و پین-فین بیشترین مقدار ناسلت را در حالت پره‌های ثابت ایجاد می‌کند. این آرایش موجب افزایش ناسلت در حدود 20 درصد نسبت به سطح صاف می‌گردد. که با افزایش رینولدز این میزان افزایش کاهش پیدا می‌کند. در حالت چرخان، وجود جریانات ثانویه ناشی از نیروی کوریولیس و گریز از مرگز، مکانیزم انتقال حرارت را نسبت به کانال ثابت با کاهش همراه می‌سازد. بطوری که آرایش پین-فین و برآمدگی بیشترین عملکرد حرارتی را نسبت به دیگر مدل‌های مورد برررسی ایجاد کرده است.

Numerical study of the gas turbine blade cooling over the tip-wall of channel using a combination cooling techniques

The blade tip area is exposed to higher thermal loads than hot gas leaks. Therefore, they must be cooled to ensure durability and safe operation. A common way to cool the blade tip is to design internal serpentine passages with a 180 degree bend under the turbine blade tip. Pin-fin, dimple, and protrusion are effective mechanisms to increase heat transfer in various applications. In this paper, a three-dimensional study of flow and stable heat transfer by an incompressible cooling fluid forms the inner wall of the blade tip with three models of staggered pin-fin, dimple and protrusion arrays numerically by a two-pass channel with 180 ° bend. Using the realizable k-epsilon turbulence model in the Reynolds range from 100,000 to 440,000, the simulation of stationary and rotating blades with a rotation number of 0.1 has been done. In this study, the basic parameters of flow measurement, heat transfer and heat performance of these three models have been evaluated. The combination of a staggered array of protrusions and a pin-fin creates the most Nusselt value in the case of fixed blades. This arrangement increases the Nusselt by about 20% compared to the smooth surface.This decreases with increasing Reynolds. In the rotating state, the presence of secondary currents due to the Coriolis and centrifugal forces reduces the heat transfer mechanism relative to the stationary channel. The arrangement that created the pin-fin arrangement and the protrusion of the highest temperature compared to the other .models studied