بررسي تجربي ـ عددي اثر پيش چرخش جريان بر بهبود خنك كاري لايه اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

توربين هاي گازي در مصارف صنعتي زيادي كاربرد دارند. در اين توربين ها افزايش نسبت فشار كمپرسور و دماي ورودي به توربين گاز (پس از محفظه ي احتراق) دو روش عمده براي افزايش راندمان و توان خروجي موتور مي باشد. در توربين هاي گاز پيشرفته به منظور افزايش راندمان، معمولاً دماي گاز ورودي به مرحله ي اول تور بين را افزايش مي دهند به طوريكه اين دما از محدوده ي قابل تحمل آلياژ استفاده شده جهت ساخت پره هاي توربين بيشتر مي باشد. به منظور محافظت اجزاي توربين و محفظه احتراق در برابر گازهاي بسيار داغ حاصل از احتراق، از خنك كاري لايه اي استفاده مي شود. در خنك كاري لايه اي، يك لايه از سيال سرد (سيال با دماي پايين تر نسبت به گازهاي حاصل از احتراق) بر روي اجزا قرار گرفته و اجزا را در برابر جريان بسيار داغ خروجي از محفظه ي احتراق محافظت مي كند. از آن جا كه اين سيال نسبتا سرد از قسمت هاي بالايي كمپرسور گرفته مي شود منجر به كاهش بازده موتور مي شود، در نتيجه تا جايي كه امكان دارد بايد ضريب عملكرد خنك كاري لايه اي را بهبود بخشيد. هدف كلي از پژوهش حاضر پيشنهاد روشي نوين جهت بهبود عملكرد خنك كاري لايه اي مي باشد. در اين نوع خنك كاري، به دليل وجود جفت گردابه هاي خلاف گرد در پايين دست سوراخ تزريق، لايه ي تشكيل شده بر روي سطح تمايل به جداشدن از روي سطح را دارد. به منظور غلبه بر جفت گردابه هاي خلاف گرد تشكيل شده در پايين دست سوراخ هاي تزريق، هندسه اي نوين پيشنهاد شده است. در هندسه ي نوين پيشنهادي، سطح مقطع سوراخ هاي تزريق شامل دندانه هاي مارپيچ مي باشد. اين دندانه هاي مارپيچ منجر به تزريق سيال خنك كننده با پيچش بر روي سطح گشته و از جداشدن لايه ي سيال سرد از روي سطح تا حد امكان جلوگيري مي نمايد. در نتيجه در پژوهش حاضر به بررسي عددي و تجربي عملكرد خنك كاري لايه اي با استفاده از سوراخ تزريق با دندانه هاي مارپيچ پرداخته شده است. در بخش عددي كار به بررسي و بهينه سازي پارامترهاي هندسي تاثير گذار بر روي ضريب عملكرد خنك كاري لايه اي از جمله زاويه تزريق سيال خنك كننده، سطح مقطع جريان تزريقي، ارتفاع و ضخامت دندانه ها، تعداد دندانه ها و پيچش دندانه ها پرداخته شده است. نتايج حاصل از حل جريان براي زواياي تزريق متفاوت نشان مي دهد كه با افزايش زاويه ي تزريق از يك مقدار بهينه، تمايل به اختلاط سيال سرد و جريان اصلي افزايش پيدا كرده و لايه ي سيال سرد، سريعتر از سطح جدا مي شود. از طرفي با كمتر شدن اين زاويه به دليل افزايش در طول لوله ي تزريق، افت فشار سيال افزايش پيدا مي كند. در نتيجه با بررسي نمودار اثر بخشي در پايين دست سوراخ تزريق و نمودار افت فشار براي زواياي تزريق متفاوت، بهترين عملكرد در زاويه ي تزريق 20 درجه گزارش شد. همچنين با بررسي مشابه براي ساير پارامترهاي هندسي براي يك سوراخ تزريق با دندانه مارپيچ، بهترين عملكرد خنك كاري لايه اي براي سطح مقطع دندانه دار دايره اي شكل به قطر D كه شامل 2 دندانه با ضخامت 0.0125D، ارتفاع 0.1D و گام پيچش 0.33D مي باشد، گزارش گرديد. در قسمت سوم حل عددي به بررسي تأثير دو سوراخ تزريق جداگانه بر روي هم پرداخته شد و پارامترهاي هندسي شامل فاصله ي بين دو سوراخ، ضخامت و ازتفاع دندانه ها و گام پيچش آن بهينه سازي گرديد. با استفاده از نتايج حل عددي بدست آمده، بهترين عملكرد خنك كاري لايه اي براي دو سوراخ دندانه دار با ضخامت دندانه 0.025D، ارتفاع 0.05D و گام پيچش 0.67D كه با فاصله 1.1D از هم مي باشد، گزارش گرديد.

221520

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان