تحلیل عددی تأثیر شیب مثبت بالادست جریان بر روی کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای

نیاز برای افزایش دمای ورودی به توربین به¬وسیله طراحان توربین گاز، مستلزم پیشرفت در فن¬آوری خنک¬کاری تیغه¬های توربین می¬باشد. در این فن¬آوری جت خنک¬کننده تحت یک زاویه به¬داخل جریان اصلی بر روی سطح پره تزریق می¬شود. جت سرد خروجی از سوراخ¬های تزریق مانند یک لایه محافظ میان سطح پره توربین و محصولات داغ احتراق قرار می¬گیرد. در این تحقیق به بررسی عددی میدان¬های جریان و دما در روش خنک¬کاری لایه¬ای از طریق تعبیه شیب بالادست در جلوی یک ردیف سوراخ منفصل استوانه¬ای بر روی یک صفحه تخت، تحت شرایط سه¬بعدی، آشفته، غیرقابل تراکم و پایدار پرداخته شده است. شبیه¬سازی¬ها با استفاده از یک شبکه سازمان¬یافته، غیر یکنواخت و شش¬وجهی شامل کانال جریان اصلی و مجرای تزریق، توسط مدل آشفتگی realizable k- انجام گرفته که جهت گسسته¬سازی ترم فشار و سایر ترم¬های معادلات به¬ترتیب از روش استاندارد و تقریب مرتبه دوم و همچنین برای حل توأم میدان فشار و سرعت، از الگوریتم سیمپل استفاده شده است. محاسبات برای یک محدوده مشخص پارامترهای خنک¬کاری: زاویه شیب بالادست ("0" ^°,〖8/5〗^° و 〖"15" 〗^° ) و نسبت دمش (4/0، 8/0 و 2/1) با فرض ثابت بودن سایر پارامترها از قبیل: زاویه تزریق 30 درجه، نسبت طول به قطر سوراخ تزریق 10 و نسبت چگالی جت خنک¬کننده به جریان اصلی در حدود 1، انجام شده است. عملکرد خنک¬کاری لایه¬ای در راستای خط مرکزی به¬عنوان معیار اعتبارسنجی خنک¬کاری، لحاظ گردیده است. نتایج نشان می¬دهد که خصوصیات خنک¬کاری لایه¬ای در ناحیه پایین¬دست سوراخ¬های تزریق، به ترکیب زوایه شیب (ارتفاع شیب) با نسبت دمش شدیداً حساس می¬باشد. به¬طور کلی شیب مانند یک تولید¬کننده گردابه عمل می¬نماید و این گردابه-ها منجر به بهبود فرآیند خنک¬کاری لایه¬ای می¬گردند. در حقیقت، با تشکیل جریان ثانویه در بالای جت خنک¬کننده، سیال سرد بر روی صفحه بیش¬تر گسترش می¬یابد و در نهایت منجر به بهبود عملکرد خنک¬کاری لایه¬ای، به¬ویژه در راستای جانبی می¬گردد. نتایج عددی به¬دست آمده در مقایسه با داده های تجربی از همخوانی قابل قبولی برخوردار می باشد.