تحلیل عددی استفاده از تکنولوژی نوین ساختار شبکه‌ای ماتریسی در افزایش انتقال حرارت داخلی پره های توربین گاز

Abstract

توربین‌های گازی به عنوان یکی از مهمترین موتورهای احتراق داخلی در صنایع و نیروگاه‌ها و همچنین حمل و نقل هوایی مطرح می‌گردد. یکی از دغدغه‌های سازندگان این موتور احتراق داخلی افزایش توان و راندمان توربین می‌باشد. یکی از روش‌های افزایش قدرت و بازده حرارتی آن، افزایش دمای هوای ورودی به توربین گاز است اما این روش با توجه به جنس و آلیاژ مورد استفاده در پره‌ها محدودیت‌هایی از جمله تغییر شکل و خرابی آن‌ها را در پی دارد، بنابراین استفاده از تکنولوژی و روش‌های نوین جهت کاهش دمای پره‌ها و افزایش راندمان کلی توربین امری مهم و ضروری می‌باشد که یکی از تکنولوژی‌های نوین، استفاده از خنک کاری ماتریسی است. در این مقاله، هندسه ماتریسی با دو زیرلایه مدلسازی شده است و هر لایه‌، مجهز به 13 زیر کانال فرعی با زاویه ۴۵ درجه و خلاف جهت یکدیگر می‌باشد. پس از شبیه سازی و آنالیز عددی، نتایج برای تغییرات انتقال حرارت و افت فشار برای عدد رینولدز از 10000 تا ۴۰۰۰۰ مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفته‌است. با تحلیل و بررسی نتایج، مشخص می‌شود که به دلیل زوایای برخورد سیال در زیر کانال‌ها و اثر تغییر جهت در آن‌ها انتقال حرارت به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، به گونه‌ای که انتقال حرارت از ۱/۳ تا ۹/۳ برابر افزایش می‌یابد که بیشترین مقدار آن در رینولدز 10000 و کمترین مقدار افزایش انتقال حرارت در عدد بی بعد رینولدز 40000 مشاهده گردید. همچنین انتقال حرارت در نقاط برخورد در هر زیر‌کانال نسبت به نقاط چرخش در مسیر حرکت سیال 50 درصد بیشتر می‌باشد.