Experimental investigation of the effects of tip geometry on the flow and loss characteristics in a linear turbine cascade
Kanat uç geometrilerinin akış ve kayıp karakteristiklerine etkilerinin lineer türbin kaskad düzeneğinde deneysel incelenmesi
- Tez No: 463578
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Gaz türbinlerinde verim kayıplarına sebep olan bazı faktörler vardır. Bu turbomakinalardaki iç akışlar göz önüne alındığında, akış içerisinde oluşan girdaplar da bu sebeplerden bir tanesidir. Bu çalışmada gaz türbinlerinde uç girdabı olgusundan kaynaklanan verim kayıplarının oluşum mekanizması araştırılması amaçlanmıştır. Ek olarak, bu mekanizmalara göre, türbin kanatçıklarına iki uç geometrisi uygulanmış ve performans artışları gözlenmiştir. Bu çalışma, bir uç geometrisi en iyileme araştırmasının deneysel bölümüdür ve değişik uç geometrileri arasından HAD tabanlı araştırmalar ile en iyi performan olduğu raporlanan geometrinin test edilerek karşılaştırılmasını sağlayacaktır. Bu araştırma kapsamında, deneyler iki kolda sürdürülmüştür; düz ve uç geometrili kanatçıklar. Bu kollar“İşlem Görmemiş”ve“İşlenmiş”olarak isimlendirilmiştir. İşlem görmemiş durum, referans olarak kabul edilmiştir ve işlenmiş durumlara ait sonuçlar ise referans durum ile karşılaştırılmıştır. İşlenmiş durumlarda pasif bir akış kontrol yöntemi olan tam ve kısmi squealer geometrileri kanatçıklara uygulanmıştır. Bütün deneyler, 7 adet Yüksek Basınç Türbini kanatçığı bulunan lineer kaskad düzeneğinde Kiel ve Beş Delikli sensörler ile yürütülmüştür. Sensörler, kanatçık sırasının 1 eksenel veter gerisinde ve kanat açıklığının üst %50 kısmında taşınarak ölçümler alınmıştır. Hız alanları ve basınç dağılımları detaylı olarak incelendiğinde, uç girdabı ve geçit girdabından oluşan karmaşık bir girdap sistemi ile karşılaşılmıştır. Uç geometrileri uygulandığında ise, uç girdabının etki bölgesi yeri korunmakla beraber genel basınç kaybının azaldığı, geçit girdabının ise oldukça küçüldüğü ve uç girdabına doğru hareketlendiği gözlemlenmiştir. Ek olarak, periyodikliği gayet iyi olan bir yapı daha gözlenmiş, kimliği konusunda bazı araştırmalar ve tahminler yapılmıştır. Elde edilen ölçümlerin tüm sonuçları değerlendirilmiş ve tam squealer geometrisinin basınç kaybı azaltma performansı açısından bu şartlar altında en başarılı geometri olduğu gözlemlenmiştir. Geçit ortalamalı toplam basınç kayıp katsayısı ile yapılan hesaplamalı karşılaştırmalarda, düz uçlu kanatçığa göre, tam squealer uç geometrisi ile %19 ve kısmi squealer uç geometrisi ile de %3 civarında iyileşme gözlenmiştir. Ek olarak, ölçümlerin karşılaştırılması ve tekrarlanabilirliğinin ispatlanması için Kiel ve Beş Delikli sensör ölçümleri karşılıklı kıyaslanmıştır.
Özet (Çeviri)
In gas turbines, there are a number of factors causing efficiency decrease. When internal flow in turbomachines is considered, flow vortices are one of those factors. This study aims to investigate the main mechanisms behind the efficiency losses occurring due to Tip Leakage Vortex (TLV) in gas turbine rotor blades. Additionally, according to these mechanisms, two squealer tip geometries were applied to the turbine blades and the improvements were reported. This work is the experimental branch of an optimum tip geometry investigation and an optimum solution from different squealer geometries were tested and compared with the CFD-based investigations. In the scope of this work, experiments were planned as two cases; flat tip and squealer tips. These were named as“No Treatment”and“Treated Tip Cases”respectively. No Treatment case was considered as the reference case and Treated Tip cases' results were compared to the reference. In the Treated Tip cases; suction side squealer and full squealer blade tip geometries were manufactured as a solution for TLV. Both cases were observed in a linear turbine cascade which included seven High Pressure Turbine (HPT) blades and measurements were taken by means of Kiel probe and Five Hole Probe (FHP). Measurements were taken with traversing the probes above 50% span and at one axial chord downstream to the blades. When velocity fields and total pressure measurements were gathered and examined in detail, it was seen that a complex vortex system consisting of TLV and passage vortex (PV) existed in the observed area. In addition, when squealer geometries were applied, TLV preserved its location but pressure loss was reduced and PV became very small and migrated through TLV. Also, there was one more vortex observed which was periodic; some interrogation and predictions about its identity were also made about it. All reported consequences of tip geometries were evaluated in both cases, and test results showed that full squealer performs better for reducing the pressure loss under the circumstances. Calculations made by the means of blade-passage averaged total pressure loss coefficient indicated that, with respect to the flat tip geometry, full squealer and partial squealer tip geometry reduced the pressure loss about 19% and 3%, respectively. And, for comparing and demonstration of the repeatability of the tests, FHP and Kiel probe total pressure loss distributions were cross-checked.
Benzer Tezler
- Theoretical and experimental investigation of punching process of DP800 automotive steel sheet with different punch tips
DP800 otomotiv çelik sacının farklı zımba uçları ile delme işlemlerinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
ABDULSALAM ABUBAKER ELAMEN SAIER
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE DEMİR
- Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen karbon fiber katkılı pla plakaların sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirelebirliliğinin taguchi yöntemi kullanılarak incelenmesi
Investigation of the combinability of carbon fiber added plates manufactured by additive manufacturing method with friction mixing welding using taguchi method
İBRAHİM İNCEDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ KOÇAR
- Yalpa omurga geometrisinin sönüm karakteristikleri üzerine etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effects of bilge keel geometry on damping characteristics
HASAN İSLAM ÇOPUROĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Gemi MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE PEŞMAN
- Numerical prediction and experimental investigation of fretting fatigue crack initiation at railway axle-wheel contacts
Demiryolu aks-teker temas yüzeylerinde aşınma çatlağı oluşumunun numerik yöntemlerle tahmini ve deneysel olarak incelenmesi
GÖKSU GÜRER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMİL HAKAN GÜR
- Helikopter ana rotor uç geometrisinin aeroakustik açıdan optimizasyonu ve rotor hareketlerinin aeroakustik etkilerinin incelenmesi
Aeroacustical optimization of helicopter main rotor tip geometry and investigation of aeroacustic effects of rotor movements
TUĞRUL TEOMAN ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN