اثر تغییر شکل ریب ها در بهبود عملکرد حرارتی کانال های خنک کن ریب دار در پره های توربین گاز

بازده چرخه ای یک توربین گاز می¬تواند با افزایش دمای سیال عامل ورودی بیشتر شود، ولی احتمال شکست حرارتی پره های آن را نیز افزایش می دهد. افزایش دمای سیال ورودی به دلیل وجود محدودیتهای متالوژیکی بدون روشهای خنک¬کاری در پره¬های توربین گاز امکان پذیر نمی¬باشد؛ بنابراین طی دهه¬های اخیر روش¬های متنوع خنک¬کاری در توربینها، گسترش چشمگیری پیدا کرده است. جهت خنک کاری پره های توربین، معمولا کانال های داخلی همراه با ریب های کوچک در داخل پره ها ایجاد می شوند. توانایی پیش بینی دقیق میدان جریان و انتقال حرارت در داخل این پره ها، به طراحی بهتر و جلوگیری از خرابی ناشی از بارهای حرارتی منطقه ای پره ها منجر خواهد شد. پیش بینی جریان در این کانال ها مشکل است، زیرا جریان بسیار مغشوش و ناهمسان بوده، و حضور نیروهای حجمی دورانی جریان را پیچیده تر می سازد. جهت مدلسازی عددی میدان جریان و انتقال حرارت سه بعدی کاملا توسعه یافته، کانال ریب دار با سطح مقطق مربعی با ریب های یک در میان 90 درجه، از مدل توربولانس بر پایه میانگین رینولدز معادلات ناویر- استوکس (rans) و به طور دقیق تر از مدل تنش رینولدز استفاده شده است. هدف کلی از این پروژه همان گونه که از عنوانش برمی آید، بهبود عملکرد حرارتی و خنک کاری کانال های ریب دار است؛ که بدین منظور از تغییر شکل ریب ( از حالت مربعی به حالت ذوزنقه ای و ذوزنقه ای با کاهش ارتفاع در جهت جریان) بهره گرفته شده است. نتایج در دو حالت کانال ریب دار ساکن و دوار مورد بررسی قرار گرفته و جهت اعتبارسنجی داده-های بدست آمده، با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده اند. نتایج میدان جریان و انتقال حرارت در هر دو حالت مورد بحث قرار گرفته است که مبین تاثیر شکل ریب ها در بهبود عملکرد حرارتی و تغییر انتقال حرارت در اثر وجود دوران بر روی دیواره های کانال می باشد. نهایتا در قسمت پایانی با بررسی اعداد رینولدز گوناگون مشخص شده است که جهت بهبود عملکرد حرارتی با استفاده از کانال ریب¬دار، شکل ریب به صورت ذوزنقه ای با کاهش ارتفاع در مسیر جریان و انتخاب عدد رینولدز بالاتر، مناسب تر از بقیه حالات می باشد.