شبیه سازی عددی خنک کاری لایه مرزی چسبیده به سطح داغ در دبی حجمی بالا

راندمان توربین های گاز با افزایش دمای گاز ورودی افزایش می یابد. چون حداکثر دمایی که در آن پره های توربین می توانند به طور ایمن کار کنند محدود است، نیاز به سرد کردن پره ها بوجود می آید .خنک کاری پره ها به روش فیلم کولینگ یک روش موثر است که در آن لایه سیال چسبیده به دیواره پره ها خنک می شود. یکی از پارامترهای اصلی که کارآیی فیلم کولینگ را تحت تأثیر قرار می دهد نسبت دمش جریان مبرد به جریان اصلی است. وقتی که نسبت دمش از یک کوچکتر باشد ، جریان جت خنک چسبیده به سطحی که در حال خنک شدن است باقی می ماند ولی وقتی نسبت دمش افزایش می یابد جت خنک کاری به سمت جدایی از سطح پیش می رود. مطالعات زیادی در منابع آزاد موجود است که کارآیی فیلم کولینگ را برای شرایط طراحی بررسی می کنند ولی در شرایط خارج طراحی ( نسبت های دمش بالا )، اطلاعات اندک است. در این تحقیق از یک کار آزمایشگاهی موجود در منابع آزاد استفاده شده که جزئیات میدان های جریان و انتقال حرارت را برای چند حالت با نسبت دمش مختلف و شامل نسبت های دمش بالا بررسی کرده است. در تحقیق حاضر ، محاسبات عددی برای تعیین توانائی روش های محاسباتی در پیشگوئی کارآیی فیلم کولینگ با مقایسه با داده های آزمایشگاهی مذکور پرداخته شده است. هندسه مورد بررسی شامل یک ردیف با سه عدد سوراخ خنک کاری است که زاویه° 30 با جهت جریان اصلی می سازند. نتایج نشان داد که در شرایط خارجی طراحی ، روش های عددی جدایی جت سرد از سطح را بیشتر از داده های آزمایشگاهی نشان می دهند، بنابراین کارآیی فیلم کولینگ به دست آمده با روش های عددی بسیار کمتر از مقادیر مشابه آزمایشگاهی است. همینطور اعتبار سنجی روش های عددی نشان داد که نتایج محاسباتی بسیار به مدل توربولانس انتخاب شده حساس هستند . به طور نمونه ، مابین مدل های دو معادله ای k-? ، مدل های realizable توانایی بهتری در پیشگویی کارآیی فیلم کولینگ در مقایسه با مدل های دیگر rng,standard نشان داد. مطالعه پارامتریک با استفاده از نرم افزار محاسباتی برای نسبت های دمش و دبی های جرمی مختلف انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت دمش از 5/0 تا 2 ،کارآیی فیلم کولینگ به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. در حالی که نتایج عددی برای دبی های مختلف نشان داد که کارآیی فیلم کولینگ ، همانطور که انتظار می رفت، بستگی خاصی با دبی جرمی ندارد.