Gaz türbinlerinde soğutmalı türbin kanadının HAD ile optimum tasarımı ve analizi
Optimal design and analysis of the cooled turbine blade in gas turbines with CFD
- Tez No: 780130
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM CAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ FERHAT KOCA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Uçak Mühendisliği, Enerji, Engineering Sciences, Aeronautical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Gaz türbini, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Nervür, Optimum tasarım, Gas turbine, Computational fluid dynamics (HAD), Ribbed, Optimum design
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, yüksek sıcaklıklara maruz kalan gaz türbini sabit ve hareketli kanatlarının soğutulması için kullanılan kanalların yapısal geometrilerinin etkileri incelenmiştir. Sabit ve hareketli kanatlar gibi gaz türbini sıcak bölge elemanlarının soğutulması kanatların daha yüksek sıcaklık ve mekanik yükler altında çalışmasını mümkün kılmaktadır. Gaz türbin kanadının benzeşim metoduyla 10 farklı tipte nervürlü kanal kullanılarak soğutulması amaçlanmıştır. 4:1 en boy oranına sahip dikdörtgen bir soğutma kanalındaki termal performansları iyileştirmek için tasarlanan standart ve kademeli düzenlemelere sahip çatı, ters çatı, yamaç ve takoz tipi nervürler incelenmiştir. Kare tipi nervür, termal karşılaştırmalar yapmak için temel geometri tasarlanmıştır. Türbülanslı akış detayları, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak standart k-ε türbülans modeli ile sayısal hesaplamalar yapılmıştır. Nervürlü duvarlarda ısı transferi kanal giriş kesitine göre; 10000, 20000, 40000 ve 80000 olmak üzere dört farklı Reynolds (Re) sayısında incelenmiştir. Hesaplamalar sonucunda Re sayısına bağlı olarak çalışma şartlarında türbin kanadındaki sıcaklık değişimi, kanat içerisindeki kanallarda meydana gelen ısı transferi değişimleri ve genel termal performans karşılaştırılmıştır. Çalışmada değerlendirilen farklı tip nervürler kare standart nervür ile karşılaştırıldığında; sırasıyla takoz kademeli nervür, çatı kademeli nervür, yamaç kademeli nervür ve ters çatı kademeli nervürde daha yüksek Nu sayısı elde edilmiştir. Takoz kademeli bir nervürün, genel termal performansı artırabildiği, türbin kanatlarının dahili soğutulmasındaki uygulamalar için umut verici olduğu gözlemlenmiştir. Re=10000 ve Re=20000 değerlerinde ters çatı kademeli nervür, takoz kademeli nervüre göre sırasıyla %3,62 ve %4,34 daha yüksek temel performans sağlarken Re=40000 değerinde yaklaşık termal performans sağladığı sonucuna ulaşılmaktadır. Re=80000 değerinde ise takoz kademeli nervürün ters çatı kademeli nervüre göre %3,37 daha yüksek termal performans sağlamıştır. Tüm modellerin en iyi çalışma aralığının Re=40000 ve Re=80000 arasında olduğu belirlenmiştir. En iyi termal performans faktörü (PEC) sonuçları takoz kademeli nervür modelinde elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this research study, the effects of the structural geometries of the channels used for cooling the fixed and movable blades of the gas turbine exposed to high temperature were investigated. Cooling of gas turbine hot zone elements such as fixed and movable blades make it possible for the blades to operate under higher temperatures and mechanical loads. It is aimed to cool the gas turbine blade using 10 different types of ribbed channels by the analogy method. Roof, inverted roof, slope and chock-type ribs with standard and staggered arrangements designed to improve thermal performances in a rectangular cooling duct with a 4:1 ratio aspect was studied. Square type rib, the basic geometry is designed to make thermal comparisons. The turbulent flow details were calculated numerically with the standard k-ε turbulence model using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. The heat transfer in ribbed walls was examined in four different Reynolds (Re) numbers, 10000, 20000, 40000 and 80000 according to the channel input cross section. As a result of the calculations, the temperature change in the turbine blade under operating conditions, the heat transfer changes occurring in the channels inside the blade and the overall thermal performance were compared depending on the number of Re. The different types of ribs evaluated in the study were compared with the square standard rib; higher Nu number was obtained in chock staggered rib, roof staggered rib, slope staggered rib and inverted roof staggered rib, respectively. It has been observed that a chock- staggered rib can improve overall thermal performance and is promising for applications in internal cooling of turbine blades. At Re=10000 and Re=20000 values, inverted roof staggered rib provides 3,62% and 4,34% higher basic performance compared to chock staggered rib, respectively, while it is concluded that it provides approximate thermal performance at Re=40000. If Re=80000, the chock staggered rib provided 3,37% higher thermal performance compared to the inverted roof staggered rib. It was determined that the best working range of all models was between Re=40000 and Re=80000. The best Performance Evaluation Criteria (PEC) results were obtained in the chock staggered rib model.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of heat transfer in generic gas turbine blade with impingement cooling under high crossflow effect
Yüksek çapraz akış etkisi altında çarpma jet soğutmalı jenerik bir gaz türbini kanadında ısı transferinin sayısal incelenmesi
SEFA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Reduction of losses in gas turbines using active and passive methods combination through CFD analyses and parametric investigation
CFD analizleri ve parametrik araştırma ile gaz türbinlerinde aktif ve pasif yöntemlerin birlikte kullanımıyla kayıpların azaltılması
NASSER CAN KASIMBEYOĞLU
Doktora
İngilizce
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
PROF. DR. CENGİZ CAMCI
- Yüksek sıcaklık uygulamalarında çarpmalı jet ve ilave kanallara sahip film soğutmanın soğutma etkinliğine etkisinin farklı parametreler altında sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the cooling effectiveness of impingement jet and film cooling with additional channels under various parameters in high-temperature applications
FATİH ŞENYAYLA
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAMER ÇALIŞIR
- Turbojet motorlarda kullanılan soğutmalı türbin kanatçıklarının tasarımı ile türbinlerinin ağırlık güç oranını iyileştirmek
Improving the weight to power ratio in turbojet engines through the design of cooled turbine blades
MUHAMMED SİPAHİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma TeknolojileriSivas Cumhuriyet ÜniversitesiSavunma Sanayi Teknolojileri ve Stratejileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. İBRAHİM CAN
- Lineer dizilmiş türbomakina kanatları arasındaki ikincil akışların sabit referans düzleminde sayısal olarak incelenmesi
Computational analysis of secondary flows in linear turbomachinery cascade with stationary reference frame model
SELÇUK ATAŞ
Doktora
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU