Türbin kanatlarında borulu jet çarpmalı soğutmanın isı transfer performansına etkisinin deneysel analizi
Küçük Resim Yok
Tarih
2020
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu çalısmada, gaz türbin kanadı üzerinde uygulanan jet çarpmalı sogutmanın jet delikleri, nozul ile hedef yüzeye dogru uzatılarak ısı transfer performansı ve akıs karakteristiklerine etkisi deneysel ve sayısal olarak incelenmistir. Isı transfer performansının belirlenmesinde kararsız hal sıvı kristal (TLC) yönteminden faydalanılmıstır. Sayısal çalısmalar Ansys Fluent 19.2 ile gerçeklestirilmis ve hesaplamalarda SST k-w (low Re correction) türbülans modeli kullanılmıstır. Projenin ilk bölümünde, jet çarpmalı sogutma sistemi üzerinde uygulanacak yeniliklerin tespiti için jet çarpma ile ilgili yapılan çalısmaların literatürdeki tarihsel gelisimi incelenmistir. Buna göre tek sıralı jet düzeninde jet deliklerinin hedef yüzeye nozul ile yaklastırılması fikri ortaya çıkmıstır. Bu fikir üzerinde sayısal çalısmalar yapılmıs ve en uygun deney parametreleri tespit edilmistir. Jetin nozul ile hedef yüzeye uzatılması sayesinde maksimum çapraz akısın olustugu tek sıralı düzende çapraz akısın ısı transferine olan olumsuz etkisi nispeten azaltılmıs ve jetin potansiyel çekirdek bölgesinde yüzeye çarptırılması ile ısı transfer performansının arttırılması hedeflenmistir. Bu kapsamda sırasıyla 1, 2, 3, 4, ve 5 olacak sekilde bes farklı boyutsuz nozul-hedef plaka boslugu (Gj/Dj) belirlenmistir. Sonuçlar geleneksel jet çarpmalı sogutma düzeniyle karsılastırılmıstır (Gj/Dj=6). Aynı zamanda kanatçıklarla pürüzlendirilmis yüzey ile düz yüzeyin ısı transfer performansı karsılastırılmıstır. Deneyler için gerekli olan makine/teçhizatlar ve ısı transfer katsayısının tespiti için en uygun yöntem arastırılmıstır. Yapılan arastırmalar ve mevcut imkanlar da düsünülerek deneylerin Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisligi bölümünde kurulu olan TLC laboratuvarında gerçeklestirilmesine karar verilmistir. Deneyler için gerekli olan sarf malzemeler ise TÜBITAK bütçesinden karsılanmıstır. Deneylere ilave olarak nozul boslugunun akıs karakteristiklerine etkisini aydınlıga kavusturmak için deney parametreleriyle uygun olarak sayısal çalısmalar gerçeklestirilmistir. Deney sonuçlarına göre jet deliklerinin nozul ile hedef yüzeye yaklastırılması düz yüzeyin ortalama Nu sayısını %31,69'a, kanatçıklı yüzeyin ise %40,32'ye kadar arttırılabilecegi tespit edilmistir. Boyutsuz nozul boslugunun (Gj/Dj) fazlaca azaltılması ortalama Nu sayısındaki artısı durdurmakta ve hatta tekrar düsürdügü tespit edilmistir. Bununla birlikte, Gj/Dj'nin azalması basınç kaybını da arttırmıstır. Bu nedenle, deney sonuçlarına göre en uygun boyutsuz nozul boslugunun 2,0 oldugu degerlendirilmistir. Düz ve kanatçıklı yüzeylerin sonuçları karsılastırıldıgında kanatçıklı yüzeyin ortalama Nu sayısında önemli bir artısın olmadıgı görülmüstür. Sayısal çalısmalarla akıs karakteristikleri incelenmis ve bu durumun akısın kanatçıkla yüzey arasında sıkısarak hızının düsmesine ve dolayısıyla bu gölgede ısı transferinin azalmasıyla yüzeyin ortalama ısı transfer performansındaki artısını yavaslatmasına baglanmıstır. SST k-w (low Re correction) türbülans modeli ile gerçeklestirilen sayısal çalısmaların deneysel çalısmaları hassas bir sekilde ortaya koydugu tespit edilmistir. Yapılan bu çalısmanın sonuçları jet deliklerinin hedef yüzeye nozul ile uzatılması yüzeyin yerel ve ortalama ısı transferini oranını önemli ölçüde arttırdıgını göstermis ve türbin kanadının sogutulmasında etkin bir sekilde uygulanabilecegini ortaya koymustur.
Açıklama
15.05.2020
Anahtar Kelimeler
Mühendislik, Makine
