17236

17236

تحليل مقايسه اي عملكرد حرارتي و سيالاتي تكنيك هاي مختلف خنك كاري پره هاي توربين گاز به كمك شبيه سازي عددي در شرايط ساكن و دوار

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

بهمن 1395

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور - دكتر غلامرضا شهرياري

مكانيك

در تمامي كلاس‌هاي توربين گاز، يك مسئله اساسي خنك‌كاري پره‌هاي ثابت و متحرك توربين است و اين مسئله در رديف‌هاي ابتدايي پره هاي توربين از اهميت بيشتري برخوردار است. با توجه به محدوديت دمايي آلياژهاي مورد استفاده، به‌كارگيري روش هايي جهت كاهش دماي اجزاي توربين به‌خصوص پره ها ضروري و لازم خواهد بود. با استفاده از روش‌هاي نوين خنك‌كاري پره‌ها، مي‌توان شرايط افزايش دماي ورودي توربين را فراهم كرده و در راستاي افزايش بازدهي و توان توليدي توربين گاز گام برداشت. از آنجا كه پره‌هاي توربين با سرعت‌هاي دوراني بالايي در حال چرخش مي‌باشند لذا خنك‌كاري پره نيز تحت تأثير دوران پره دستخوش تغييراتي قرار مي‌گيرد. دوران پره باعث ايجاد جريان هاي ثانويه دوراني شده و افزايش اختلاط جريان و انتقال حرارت را به دنبال خواهد داشت. براساس تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه، خنك كاري به روش توربولاتورهاي دنده اي از بين تكنولوژي هاي ديگر پيشنهادي، داراي ضريب انتقال حرارت بيشتري خواهد بود. هدف از اين رساله بررسي و امكان‌سنجي سيالاتي و انتقال حرارتي انواع روش هاي خنك كاري داخلي با توربولاتورهاي مختلف پيشنهاد شده جهت استفاده در پره توربين گاز و مقايسه عملكرد حرارتي هريك مي باشد. در اين كار شبيه سازي عددي سه‌بعدي براي چندين نوع روش دنده اي، دو نوع آرايش پين فين، سطوح گسترش‌يافته و هندسه ماتريسي در يك كانال مستطيلي مستقيم و U شكل در حالت ساكن و دوار انجام گرفته است. براي اعتبارسنجي از نتايج تجربي مقالات معتبر استفاده شده است. نتايج نشان مي دهد كه در بين روش هاي رايج مورد استفاده در لبه عقبي پره توربين گاز، روش پين فين هاي دايره اي به‌عنوان روشي با بيشترين عملكرد حرارتي در حالت هاي ساكن و دوار خواهد بود. در بين روش هاي مورد استفاده در مسيرهاي وسطي پره توربين گاز، روش جديد هندسه ماتريسي عملكرد حرارتي بالايي را در شرايط موجود از خود نشان خواهد داد. همچنين مشاهده مي شود كه استفاده از مسيرهاي U شكل با تغيير رفتار جريان در حالت ساكن و دوار موجب افزايش كارايي دنده گذاري هاي انجام شده در آن خواهد بود.

1396/02/16

4/20/2019 12:00:00 AM

In all classes of gas turbine, cooling of stationary an​d rotary blades is a fundamental matter an​d is of more significance in the first rows of gas turbine blades. Regarding the temperature limitation of the alloys used, employing cooling methods to decrease turbine component temperature especially blade is crucial. Using modern methods of blade cooling, increase of turbine inlet temperature becomes possible which leads to increase of efficiency an​d power generated by gas turbine. Since turbine blades rotate with high rotational velocity, blade cooling is influenced by blade rotation. Blade rotation brings about rotational secondary flows an​d increases flow mixing an​d heat transfer. Based on the research conducted in this field, cooling, using rib turbulators has a higher heat transfer coefficient among other proposed technologies. This thesis conducts an investigation an​d feasibility study on different methods of internal cooling using various proposed turbulators to be used in gas turbine blade from flow an​d heat transfer point of view an​d then compare their heat performances. In this work, 3-D simulations have been carried out for multiple types of rib methods, two types of pin-fins arrangement, extended surfaces an​d matrix geometry in a straight rectangular an​d U-shaped channel in stationary an​d rotary status. The results indicate that among the common methods used in trailing edge of gas turbine blade, circular pin-fin method has the highest heat performance in stationary an​d rotary status. Among methods used in halfway paths of gas turbine blade, the new matrix geometry method exhibits high heat performance. Also, it is observed that using U-shaped paths increases performance of the ribs inserted in them by changing the flow behavior in stationary an​d rotary status.