iNetDoc

کامل ترین منبع دانلود مقاله و تحقیق

روشهای افزایش انتقال حرارت در خنک کاری لایه ای

نوع : word - قیمت : 6000

بخشی از مقاله : 

مقدمه

توربین های گاز در محدوده ی موتورهای جت، نیروگاه های تولید برق و دیگر مصارف صنعتی کاربرد دارند.یکی از روش های بالا بردن بازده حرارتی توربین های گازی افزایش دمای گاز ورودی به توربین می باشد. اما افزایش دمای ورودی می تواند منجر به ایجاد مشکلاتی مانند به وجود آمدن تنش های حرارتی در سطح پره های توربین گردد. این دما گاهی به 2400 درجه کلوین می رسد[1]. این افزایش در دمای ورودی با در نظر گرفتن مواد مناسب جهت ساخت پره ها و به کار گیری خنک کاری مناسب امکان پذیر می شود. یکی از روش های خنک کاری، خنک کاری لایه ای می باشد. در این روش هوای خنک خروجی از کمپرسور از طریق کانال های داخل پره به سطح آن تزریق شده و نقش عایق حرارتی را ایفا می کند[2]. شناخت این روش خنک کاری در جهت میزان حرارت منتقل شده به پره های توربین و حفاظت آنها در برابر جریان داغ و در نهایت افزایش بازده ی توربین از اهمیت فراوانی برخوردار است. به دلیل اهمیت خنک کاری لایه ای پره های توربین گاز،  در ادامه تعدادی ازمطالعاتی که برای بهبود این روش ارائه شده، مورد بررسی قرار می گیرند.

پارامترهایی که در خنک کاری لایه ای موثرند، شامل :                  الف) نسبت تزریق: که به صورت نسبت مومنتوم جریان جت تزریق شده به مومنتوم جریان آزاد تعریف میشود.

ب) شکل سوراخ و زاویه تزریق و شکل محفظه هوای سرد.

ت)رژیم جریان در لایه مرزی ودر جریان جت

ج) گرادیان فشار جریان اصلی و شدت آشفتگی آن

ح) انحنای سطح و اثر نیروهای گریز از مرکز ناشی از دوران سطح       از عوامل مهم تاثیر گذار بر توزیع سیال مبرد روی سطح پره، مقطع شکاف و زاویه ی تزریق می باشد. که تا کنون مطالعات زیادی روی آنها صورت گرفته است. گلدستین[3]  در 25 سال تحقیقات آزمایشگاهی هندسه هایی با سطح تخت را مورد مطالعه قرار داد و تاثیر پارامترهایی همچون نسبت دمش، نسبت چگالی، زاویه تزریق و نسبت مومنتم را برای یک سوراخ دایروی بررسی کرد.  فوستر و لمپارد[4] نیز نتایجی را برای راندمان خنک کاری لایه ای بر روی یک صفحه ی صاف با زاویه تزریق 35، 55و 90 درجه را برای نسبت دمش 0.5 و 1.4 ارائه کردند. در مقاله ی دیگر که توسط ال نادی و همکارانش[5] ارائه شده است، تاثیر زاویه تزریق 60 و 90 درجه بر راندمان خنک کاری فیلم مورد بررسی قرار گرفته شده و نتایج حاکی از آن است که راندمان برای زمانی که زاویه جریان مبرد عمود بر جریان اصلی باشد کم تر خواهد شد.   گلدستین و همکارانش[6] در تحقیقی دیگر به بررسی شکل سوراخ ها برای افزایش بازده خنک کاری پرداختند. آنها از سوراخ هایی که در جهت امتداد ردیف سوراخ ها، 10 درجه کشیده شده بود استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که تغییر شکل سوراخ ها باعث بهتر شدن پارامترهای خنک کاری می شود. آنها علت این پدیده را ضعیف شدن جت سیال خنک کننده و کاهش مومنتم آن و در نتیجه نفوذ کمتر جریان تزریقی به داخل جریان اصلی بیان کردند. سن و همکارانش[7] و اشمیت و همکارانش[8] سوراخ هایی که در جهت جلو، 15 درجه کشیده شده را امتحان کردند و به این نتیجه رسیدند که برای سوراخ های کشیده شده در جهت جلو نتایج بهتری از سوراخ های استوانه ای حاصل شد. تحقیقات تجربی و عددی بسیاری نیز در این زمینه انجام شده است. در بیشتر تحقیقات عددی، از مدل های مرتبه اول برای پیش بینی جریان و انتقال حرارت آشفته در خنک کاری لایه ای استقاده شده است. بردبرگ[9]  با شبیه سازی عددی جریان در داخل مجرای خنک کاری پره با استفاده از مدل های آشفتگی مرتبه اول و مرتبه دوم، نشان داد که مدل های مرتبه اول قادر به پیش بینی صحیح انتقال حرارت در جریان همراه با جدایی نیستند. جوادی و همکاران[10] در تحقیقی دیگر به مدل سازی تنش های رینولدز در جریان خنک کاری لایه ای با استفاده از مدل های مرتبه دوم پرداختند و به این نتیجه رسیدند که نتایج شبیه سازی عددی مرتبه دوم بسیار دقیق تر از مدل های مرتبه اول است. نمدیلی و همکاران[11] به بررسی آشفتگی مرتبه دوم در مدل سازی خنک کاری پره توربین پرداختند. آن ها نشان دادند که نتایج مدل آشفتگی مرتبه دوم جریان، مطابقت خوبی با مقادیر آزمایشگاهی داد. در برخی تحقیقات عددی در زمینه خنک کاری لایه ای، روش شبیه سازی عددی مستقیم[12] و شبیه سازی گردابه ای بزرگ[13] به کار گرفته شده است. روش های عددی مستقیم دقیق تر از روش های بر مبنای معادلات متوسط گیری شده ناویر-استوکس می باشند، ولی هزینه محاسباتی بسیار بالایی دارند. 



نوع فایل : word
اندازه فایل : 12
قیمت : 6000
خرید