Cooling performance investigation of a two-pass rib-roughened channel
U dönüşlü kanalda soğutma performansı araştırması
- Tez No: 416713
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ, DR. TOLGA YASA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Modern gaz türbinli motorların performansı türbin giriş sıcaklığına yüksek derecede bağlıdır. Yüksek sıcaklık daha kompakt ve verimli makineler sağlar. Buna ek olarak, aynı itki seviyesinde motorun özgül yakıt sarfiyatı azalır. Ancak, günümüz motorlarında türbin giriş sıcaklıkları malzeme dayanım limitlerinin üzerindedir. Sonuç olarak, türbin bölgesi kabul edilebilir seviyelere soğutulmalıdır. İç soğutma, film soğutma çarpmalı jetle soğutma gibi çeşitli tiplerde soğutma yöntemleri türbin palelerine uygulanır. Türbin palelerinin içerisine soğutma kanalları tasarlanır ve bu kanallar sıklıkla ısı transferi alanını ve kanal içi türbülans aktivitelerini artırıcı engeller içerir. Soğutma kanalları tasarım anlayışına bağlı olarak tek geçişli veya çok geçişli halde bulunabilir. Mevcut çalışma 2 geçişli bir kanalın termal performansını deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ile incelemek üzere yoğunlaşmıştır. Özellikle U dönüş bölgesi performansı ve devamındaki bölgeye etkileri çalışılmıştır. Gaz türbin soğutma konfigürasyonunu taklit eden, kare kesitli U dönüş içeren 2 geçişli bir tünel tasarlanıp üretilmiştir. 2 kanalda da alt yüzeye kare kesitli engeller yerleştirilmiştir. Fan yardımıyla ortam havası tünel içine emilmektedir. Tünel test bölgesi alt yüzeyi sabit ısı akısı sağlayan folyo ısıtıcı ile ısıtılmıştır. Yüzey sıcaklık dağılımları ısıl görüntüleme (infrared kamera) yöntemiyle elde edilmiştir. Alt duvardan ısı kayıpları bir-boyutlu ısı iletimi varsayımı ile hesaplanmıştır. Fan ayarı değiştirilerek üç Reynolds sayısında deneyler yapılmıştır. Son olarak, ısıtıcı gücü, ısıtılan yüzey ve akış sıcaklığı kullanılarak Nusselt sayısı hesaplanmaktadır. Sonuçlar pürüzsüz kanal konfigürasyonu ile karşılaştırılmıştır. Mevcut çalışma modern gaz türbinli motor soğutma konfigürasyonlarında deneysel ve numeric olarak Nusselt sayılarının elde edilmesini ve akış fiziğinin derinlemesine anlaşılmasını amaçlamaktadır. U dönüş ve düz kanal etkileşimi araştırılmıştır. Çalışma sonunda tasarımda soğutma etkinliği iyileştirmesine değinilmiştir. Uygun türbülans modeli ortaya koymak amacıyla deneysel sonuçlar hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
The performance of the modern aero-engines is highly dependent on the turbine inlet gas temperature. The higher temperature leads to more compact and efficient machines. Additionally, specific fuel consumption of the engine is decreased for the same thrust rating. However, the turbine inlet temperatures of the today's engines are already beyond the material structural limits. Hence, the turbine section must be cooled down to acceptable levels. Various types of cooling methods are typically applied to the gas turbine blades like internal cooling, film cooling, impingement cooling etc. The internal cooling channels are embedded inside the turbine blades and often equipped by ribs in order to enhance the turbulence activities and heat transfer area. Cooling channels may form as a single pass or multi-pass channels depending on the design considerations. Current research focuses on experimentally and numerically investigating the thermal performance of a 2-pass channel. Especially the performance of U turn section and its effect on the second channel were studied. A rectangular cross section tunnel with two passage and a U-turn section that mimic the modern gas turbine cooling configurations was designed and manufactured. The ribs with square cross section are located on the bottom wall of both passages. The ambient air is sucked to the wind tunnel by using a blower. The bottom wall of the test section was heated by a foil heater which generates uniform heat flux. The wall surface temperature was obtained by means of optical thermography method (IR camera). The heat loss was computed assuming one-dimensional heat conduction through the wall. The experiments were conducted at three Reynolds number by changing the blower speed. Finally the Nusselt number was computed based on the heater power, surface temperature and the mainstream temperature. The results were compared with the smooth wall configuration. The current investigation aims to provide Nusselt numbers and deep understanding of the flow physics of the modern gas turbine cooling configuration both experimentally an numerically. The U-turn section and cooling passage interaction is investigated. The cooling effectiveness improvement by design is addressed at the end of the manuscript. Experimental results are compared with the numerical analysis to come up with a suitable turbulence model.
Benzer Tezler
- İç soğutma kanallarında türbülatör kullanımının incelenmesi ve rans temelli türbülans modelleriyle benzetimi
Investigation on use of turbulators in internal cooling channels and simulation with rans based turbulence models
SEYHUN DURMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Havacılık MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
- Kompakt değişken kapasiteli kompresör için soğutma kapasitesi artışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of increasing cooling capacity for compact variable capacity compressor
SEMİH GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- Gemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of urea-deposit formation and nitrogen oxide reduction performances in selective catalytic reduction systems used on marine vessels
TALAT GÖKÇER CANYURT
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Çift girişli türbinli ve tahliyeli aşırı doldurma sistemi korelasyonu ve prototipler için optimizasyonu
Investigation of twin-scroll turbine in turborchargers and using of wastegate system effects
HÜSEYİN BERK ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Saf titanyum malzeme yüzeyinde titanyum aluminyum intermetalik tabakasının oluşturulması
To constitute a titanium aluminium intermetallic layer on the surface of pure titanium
MUSTAFA SAFA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
YRD. DOÇ. DR. ERDEM ATAR