بررسي عددي تأثير چرخش بر اثربخشي خنك‌كاري لايه‌اي پره توربين با جريان هواي خنك‌كننده نوساني موج مربعي

Numerical Study of the Effect of Rotation on the Film Cooling Effectiveness of aTurbine Blade with Square Pulsating Cooling Flow

در اين مقاله اثر چرخش پره توربين بر توزيع دما و اثربخشي خنك­ كاري لايه ­اي براي جريان سيال خنك­ كننده نوساني موج مربعي به‌صورت عددي بررسي شده است. جريان هواي نوساني مربعي در سه فركانس 2، 50 و Hz500 جهت خنك­ كاري به سطح پره توربين تزريق مي­ شود. چهار سرعت چرخش 0، 500، 800 و rpm 1000 در دو جهت مثبت و منفي جهت ايجاد سطوح فشار و مكش در نظر گرفته شده است. مدل­سازي هندسه در نرم ­افزار گمبيت و تحليل عددي توسط نرم­ افزار فلوئنت انجام شده است. جهت در نظر گرفتن اثرات آشفتگي از مدل توربولانسي استفاده شده است. چرخش باعث انحراف جريان خنك­ كننده از خط مركزي مي‌شود. با نوساني كردن جريان خنك‌كننده به فرم مربعي، ميزان اثربخشي خط مركزي در هر گام زماني يك سيكل تغيير م ي­كند. نتايج نشان داد به‌طور كلي مقادير اثربخشي در تمامي سرعت ­هاي چرخش در سمت فشار پره بيشتر از سمت مكش است و با افزايش فركانس­ ميزان اثربخشي متوسط خط مركزي افزايش ­مي ­يابد.

In this paper, the effect of the turbine blade rotation on the temperature distribution and film cooling effectiveness for a square pulsing cooling flow is numerically studied. The square pulsed cooling air flow is injected to the turbine blade at three frequencies of 2, 50 and 500 Hz. Four rotation speeds of 0, 500, 800 and 1000 rpm, clockwise and counter-clockwise, are considered. Geometry is modeled in Gambit and the numerical analysis is performed by Fluent software. SST k-ω turbulence model is used to apply the turbulence effects. The obtained results show that the rotation deviates the coolant flow from the centerline. changing the coolant flow to square pulsating, centerline effectiveness changes with time in a cycle. The results showed that in general, the effectiveness at all speeds on the pressure side were greater than the suction side. Moreover, with increasing frequency, the average level of centerline effectiveness increases.