Thesis

بررسی عددی خنک کاری پره های توربین گاز

Abstract

توربین های گاز در صنایع مختلف کاربرد های بسیاری دارند. افزایش دمای ورودی در توربین های گازی باعث افزایش راندمان آنها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده در ساخت توربین های گازی، به راه حلی برای کاهش دمای اجزای توربین به خصوص پره های توربین نیاز است. خنک کاری پره های توربین به صورت داخلی و خارجی انجام می شود. در خنک کاری داخلی با عبور سیال سرد از درون پره ها دمای آنها کاهش می یابد. در خنک کاری خارجی سیال خنک با ایجاد یک لایه محافظ، از برخورد مستقیم جریان داغ با بدنه پره ها جلوگیری می کند. با توجه به مشکلات و هزینه های بالا در انجام کارهای تجربی، تحقیقات عددی بسیاری در این زمینه صورت گرفته است. در این شبیه سازی عددی، مدل هندسی و شبکه محاسباتی به کمک نرم افزار گمبیت ایجاد شده است. ضریب انتقال حرارت در نوک پره بیشترین مقدار خود را داراست، به همین دلیل در تحقیق حاضر و اکثر کارهای مشابه سوراخ های خنک کاری در لبه پره واقع شده است. از نرم افزار فلوئنت نیز برای حل معادلات حاکم و تحلیل جریان استفاده شده است. با توجه به مغشوش بودن جریان در توربوماشین ها استفاده از معادلات اغتشاشی مناسب برای مدل کردن اغتشاشات جریان یکی از مسائل مهم در تحلیل حرارتی جریان های موجود در توربین ها است. در پژوهش حاضر نیز برای یافتن مدل اغتشاشی مناسب ابتدا از چندین مدل اغتشاشی برای حل مساله استفاده شد. مدل های اغتشاشی مورد بررسی مدل های دو معادله ای k-?، k-? و. مدل چهار معادله ای v2f است. صحت نتایج بدست آمده از طریق مقادیر گزارش شده در کارهای تجربی تأیید شده است. بهترین پیش-بینی ها توسط مدل های k-?-sst و v2f انجام شده که به دلیل هزینه محاسباتی بالا از مدل اغتشاشی v2f استفاده نشده است. به دلیل اینکه در مدل اغتشاشی k-?-sst ازتابع دیواره استفاده نشده، نیاز به شبکه محاسباتی مناسب در کنار مرز پره باعث افزایش حجم شبکه محاسباتی شده است. پیش بینی های انجام شده در سمت فشاری انطباق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد اما در سطح مکشی به دلیل ناپایداری های ایجاد شده در جریان نتایج بدست آمده با نتایج تجربی انطباق خوبی ندارد. در اکثر کارهای تجربی و عددی انجام شده در این زمینه پره های توربین به صورت ثابت و بدون حرکت مورد بررسی قرار گرفته اند در حالیکه در شرایط واقعی پره-های توربین با سرعت بالا در حال دوران هستند. در پژوهش حاضر ابتدا با استفاده از مقادیر آزمایشگاهی گزارش شده برای شرایط مرزی، به بررسی حرارتی جریان اطراف پره های توربین در حالت وجود و عدم وجود خنک کاری لایه ای پرداخته شده، سپس با تغییر پارامترهای موثر در خنک کاری به بررسی چگونگی تغییر ضریب انتقال حرارت پرداخته شده است. بعد از بررسی پره در حالت ساکن به بررسی اثر دوران بر خنک کاری لایه در حالت متحرک پرداخته شده است. دما و دبی سیال خنک از پارامترهای مهم در خنک کاری لایه ای پره های توربین است. در حالت ساکن نشان داده شده که با تغییر دمای سیال خنک تغییر چندانی در ضریب انتقال حرارت بر روی بدنه پره ایجاد نشده است. با کاهش دمای سیال خنک فقط در نواحی کوچکی از ناحیه فشاری پره کاهش اندکی در ضریب انتقال حرارت ایجاد شده است. افزایش دبی سیال خنک در حالت ساکن تا 1 درصد جریان گرم اصلی در کاهش ضریب انتقال حرارت مفید بوده درحالیکه با افزایش بیشتر دبی سیال خنک ضریب انتقال حرارت در قسمت هایی از بدنه پره افزایش می یابد. در حالت متحرک با سرعت دوران کم و متوسط افزایش دبی سیال خنک تا 5/1 درصد باعث کاهش ضریب انتقال حرارت خواهد شد، در حالیکه در سرعت های دوران بالا، با افزایش دبی سیال خنک تا 1 درصد جریان گرم اصلی، ضریب انتقال حرارت کاهش خواهد یافت و با افزایش 5/1 درصدی سیال خنک در قسمت هایی از بدنه پره ضریب انتقال حرارت در اثر افزایش اغتشاشات افزایش خواهد یافت.

Supervisors and advisors

احمدرضا عظیمیان، محمود اشرفی زاده

Similar items

  • تحلیل عددی کارایی خنک‌کاری پره توربین گاز با استفاده از شکل جدید سوراخ های لبه پره توربین

    Article2021مهندسی مکانیک دانشگاه تبریزمصطفی محمودی، جاماسب پیرکندی، محسن شادروان، محمدرضا زهیری مینابی

    در این تحقیق به بررسی خنک‌کاری پره های توربین گاز با استفاده از سوراخ‌های استوانهای، مخروطی و شبدری‌و تأثیر شیار عرضی بر کارایی سوراخ خنک‌کننده پرداخته شده‌است . هدف تحقیق، یافتن بهینه‌ترین هندسه‌ی سوراخ خنک‌کاری جهت دست‌یافتن به بالاترین کارایی سوراخ خنک‌کننده در پره توربین گاز

  • شبیه سازی عددی خنک کاری لایه ای حول پره توربین گاز توسط رهیافت میانگین گیری جزئی از معادلات ناویر- استوکس

    Article2016مهندسی مکانیک امیرکبیرنیما حسینی واجارگاه، محمد رضا سلیمی، محمد طیبی رهنی

    در این پژوهش به مطالعه عددی خنک کاری لایه ای حول یک پره توربین گاز با استفاده از رهیافت میانگین گیری جزئی از معادلات ناویر استوکس (پنس) که یکی از موفق ترین رهیافت های شبیه سازی گردابه های بسیار بزرگ (وی – ال – ای - اس) در جریانهای آشفته می باشد، پرداخته شده است. جهت بررسی دقیق جر

  • بررسی عددی تأثیر زبری پره و کانال های خنک کاری بر توزیع دمای پره توربین گاز

    Articleمهندسی مکانیک مدرسمحمود بنی اسدی پور، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی محمدرضا علیگودرز، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

    زبری سطح خارجی پره ها و سطح کانال های خنک کاری یکی از مواردی است که بر توزیع دمای پره تأثیر قابل توجهی دارد. با افزایش زبری، اغتشاش زیرلایه های جریان بیشتر شده و انتقال حرارت افزایش می یابد. در این تحقیق پره توربین c3x که با 10 کانال خنک کاری می شود با استفاده از نرم افزار انسیس-

  • بررسی عددی تأثیر زبری پره و کانال‌های خنک کاری بر توزیع دمای پره توربین گاز

    Article2016مهندسی مکانیک مدرسمحمود بنی اسدی پور، محمدرضا علیگودرز

    زبری سطح خارجی پره‌ها و سطح کانال‌های خنک کاری یکی از مواردی است که بر توزیع دمای پره تأثیر قابل توجهی دارد. با افزایش زبری، اغتشاش زیرلایه‌های جریان بیشتر شده و انتقال حرارت افزایش می‌یابد. در این تحقیق پره توربین C3X که با 10 کانال خنک کاری می‌شود با استفاده از نرم افزار انسیس-

  • بررسی سه بعدی روش های خنک کاری پره های توربین گاز روی صفحه ی تخت و ارائه روشی با بالاترین راندمان خنک کاری

    Articleمهندسی مکانیک مدرسمجتبی کاظمی کلیشمی، دانشگاه حکیم سبزواری اسماعیل لکزبان، استادیار گروه مکانیک دانشگاه حکیم سبزواری

    خنک کاری سیستم های با دمای عملکردی بسیار بالا نظیر پره های توربین های گاز، یکی از مهمترین و پیچیده ترین فرآیندهای صنعتی به شمار می آید. در این مقاله، عملکرد خنک کاری روی صفحه ی تخت به صورت سه بعدی، با روش حجم محدود و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε واقعی شده که بهبود یافته ی مدل است

  • تحلیل عددی خنک کاری لایه ای پره توربین در حال چرخش با استفاده از مجرای گسترش‌یافته جانبی

    Article2018مکانیک هوافضاامیرحسین معینی، مهران رجبی زرگر آبادی

    در این مقاله، بهینهسازی اثربخشی خنککاری لایهای در یک پره توربین در حال چرخش، با استفاده از مجرای گسترش یافته جانبی انجام شده است. شبیهسازی عددی سهبعدی خنککاری پره توربین با استفاده از مدل آشفتگی k-ε RNG در سه سرعت چرخش صفر، 300 و 500 دور بر دقیقه انجام شده است. نتایج بهدستآمده، ن