بررسي عددي تاثير تزريق هواي خنك كننده نوساني سينوسي بر خنك كاري لايه اي لبه حمله، سطح فشار و مكش يك پره توربين

Numerical Investigation of the Effect of Sinusoidal Pulsating Cooling Air on Film Cooling Effectiveness of Leading Edge, Pressure and Suction Side of a Turbine Blade

خنك كاري لايه اي يكي از موثرترين روش ها براي حفظ پره هاي توربين از داغ شدگي بيش از حد مي باشد. براي جريان گاز پايا، خنك كاري لايه اي به طور گسترده بررسي شده است اما دانش كمي درباره تاثير نوسان بر عملكرد خنك كاري لايه اي وجود دارد. در اين تحقيق، اثر نوساني كردن تزريق هواي خنك كننده پره توربين با نوسان سينوسي بر توزيع دما و اثربخشي خنك كاري سطوح مختلف يك پره توربين، به صورت عددي بررسي مي شود. سيال خنك كاري از طريق سه پلنوم و در پنج نسبت دمش 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5 در فركانس50 هرتز به لبه حمله، سطح فشار و مكش پره تزريق مي شود. همچنين تاثير عدد رينولدز جريان اصلي بر اثربخشي خنك كاري لايه اي مطالعه مي شود. از روش حجم محدود براي حل معادلات جريان استفاده گرديد. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه نوساني بودن دبي خنك كننده باعث تغيير اندازه جفت ورتكس ناهمسان گرد مي گردد و در نتيجه تغيير توزيع دماي سطح در هر گام زماني را در پي دارد. متوسط توزيع اثربخشي خط مركزي در حالت نوساني، روي سطح پايين دست سوراخ تزريق لبه حمله، سطح فشار و سطح مكش به ترتيب در نسبت دمش هاي 0/75، 0/5 و 1 بيشترين مقدار را خواهد داشت.

Film cooling is one of the most effective methods for protecting turbine blades from thermal overheating. For steady gas flow, the film cooling has been extensively investigated, but there is insufficient knowledge of how the pulsation affects the film cooling performance. In this study, the effects of air coolant injection with sinusoidal pulsations on temperature distribution and film cooling effectiveness of a turbine blade is numerically investigated. Cooling air is injected through the three plenums to leading edge, pressure and suction sides of the blade at five blowing ratios of 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, and 2.5 with frequency of 50Hz. Also, the effect of main flow Reynolds number on cooling performance is studied. Finite volume method was used to solve flow governing equations. Obtained results show that pulsating the blade cooling mass flow rate causes the size of counter vortex rotating pair to be varied, resulting in change of temperature distribution of the surface at each time steps. The averaged centerline pulsed film cooling effectiveness distribution is maximized on downstream of the injection hole of leading edge, pressure side and suction side at blowing ratio of 0.75, 0.5 and 1, respectively.