14152

14152

تحليل خنك‌كاري لايه‌اي پره توربين مدل توسط مدل‌هاي پيوندي RANS-LES

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اسفند ماه 1393

اسفند ماه 1393

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

چكيده لبه‌ي جلويي پره‌هاي موجود در توربين‌ همواره در معرض صدمات ناشي از تنش‌هاي حرارتي بالا قرار دارند. يكي از روش‌هاي پركاربرد جهت جلوگيري از اين امر تكنيك خنك‌كاري لايه‌اي مي‌باشد.به منظور طراحي هرچه دقيق¬تر و قدم برداشتن در جهت كنترل جريان، شناخت صحيح پديده¬هاي آشفتگي و ساختار جرياني موجود در اين رژيم اهميت به‌سزايي دارد. با توجه به هزينه¬ي بالاي مطالعات آزمايشگاهي در پيش¬بيني ساختار جريان¬هاي آشفته، بسياري از پژوهشگران علاقه مند به تحليل اين جريان¬ها با استفاده از روش¬هاي ديناميك سيالات محاسباتي هستند. به همين دليل انتخاب روش عددي مناسب در جريان¬هاي آشفته بسيار حائز اهميت مي¬باشد. هدف از ¬پايان¬نامه حاضر بررسي عملكرد رهيافت شبيه‌سازي گردابه¬هاي جدا شده(DES) در تحليل فيزيك جريان ناشي از خنك‌كاري لايه‌اي مدل لبه جلويي پره توربين مدل مي‌باشد. براي اين منظور نتايج حاصل از DES علاوه بر اعتبارسنجي با نتايج تجربي موجود، با نتايج حاصل از رهيافت شبيه¬سازي گردابه¬هاي بزرگ(LES) نيز مورد مقايسه قرار مي¬گيرد. نتايج حاكي از آن هستند كه رهيافت DES همانند رهيافت LES قادر به پيش بيني دقيق ساختار جريان آشفته در فاصله دور از ديوار است. با اين وجود در رهيافت DES به علت استفاده از مدل¬هاي RANS در نزديكي ديواره،موجب ضعيف¬تر شدن نتايج در اين ناحيه گرديده است. در ادامه به منظور بررسي كارايي رهيافت DES، جريان حول يك مكعب به عنوان نمونه¬اي از جريان¬هاي ناپايدار سراسري مورد تحليل و ارزيابي قرار گرفته است. مقايسه ساختار جريان آشفته پيش بيني شده با نتايج تجربي و رهيافت LES نشان مي¬دهد كه رهيافت DES در پيش-بيني جريان حول مكعب داراي دقت قابل قبولي مي¬باشد. رهيافت DES نه تنها قادر به پيش بيني دقيق ميدان جريان متوسط، بلكه قادر به پيش¬بيني ساختارهاي منسجم جريان آشفته نيز است. به صورتي كه مقايسه نتايج دو رهيافت LES و DES نشان از پيش¬بيني يكسان اين دو رهيافت در ساختارهاي منسجم دارد. در پايان هزينه محاسباتي دو رهيافت LES و DES مورد مقايسه قرار مي¬گيرد. مقايسه اين دو رهيافت نشان مي¬دهد كه رهيافت شبيه¬سازي گردابه¬هاي جدا شده هزينه¬ي محاسباتي كمتر نسبت به رهيافت شبيه¬سازي گردابه¬هاي بزرگ دارد.اين رهيافت در جريان خنك¬كاري لايه¬اي حدود 40 درصد و در جريان حول مكعب حدود 25 درصد كاهش هزينه محاسباتي نسبت به رهيافت LESرا نشان مي¬دهد. در مجموع، نتايج اميدوار كننده به دست آمده از جريان ناپايدار سراسري در پايان-نامه حاضر با هزينه¬ي محاسباتي مناسب، كاربرد اين روش در مهندسي را توجيه مي¬كند. واژه‌هاي كليدي: خنك¬كاري لايه¬اي، رهيافت شبيه¬سازي گردابه¬هاي جدا شده، رهيافت شبيه¬سازي گردابه‌هاي بزرگ، جريان حول مكعب، هزينه¬ي محاسباتي