تحسين التبريد لريشة التوربين الغازي عن طريق دمج تقنيتي السطوح المحفورة - الناتئة وحقن الماء لهواء التبريد الداخل

الباحث

علي إحسان علي

المشرف

عامر مجيد الدباغ

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Blade cooling;Gas turbine;Dimple-protrusion;Water injection

التوربين الغازي هو احدى التطبيقات المهمة في الصناعة حيث يستعمل بشكل واسع في العديد من المجالات بما فيها الطيران وتوليد الطاقة. لهذا فأن تحسين كفاءة التوربين يعد من العوامل المؤثرة اقتصاديا وتقنيا وبيئيا. احدى طرق تحسين الكفاءة هي زيادة درجة حرارة الهواء الداخل إلى التوربين ولكن هذه الطريقة تؤدي إلى رفع درجة حرارة ريش التوربين الى مستويات خطيرة. هنالك العديد من الطرق لتبريد ريش التوربين احدى هذه الطرق هي استخدام النتوءات-الحفر لزيادة كفاءة نقل الحرارة. في هذا البحث تمت دراسة خصائص جريان الهواء وتاثرها بانتقال الحرارة وفرق الضغط. حيث أجريت دراسة عملية ونظرية لمعرفة معدل معامل انتقال الحرارة وفرق الضغط في نفق هوائي مستطيل الشكل وذلك لمحاكاة التبريد الداخلي في ريشة التورباين. حيث تم في البداية وضع النتوءات-الحفر على السطح السفلي فقط ومن ثم تمت الدراسة بوضع النتوءات-الحفر على السطح السفلي والعلوي بأنماط توزيع مختلفة، كذلك تمت دراسة نسبة الخطوة pda ticle gill إلى قطرها وتم استعمال نسب متعددة لذلك. كذلك تمت دراسة تأثير نسبة ارتفاع النفق إلى ارتفاع النتوءات- الحفر وعلى مرحلتين: المرحلة الاولى كانت بالحفاظ على هذه النسبة ثابتة للمحافظة على الخاصية اللابعدية للنفق مع تغيير هذه النسبء أما في المرحلة الثانية فتم تغيير ارتفاع النفق لمعرفة تأثيره على الجريان مع بقاء ارتفاع النتوءات-الحفر ثابتا. كذلك تم الاخذ بنظر الاعتبار التوزيعات المختلفة cle sill الحفر ولمعرفة افضل توزيع لها. تجدر الاشارة الى ان عدد رينولدز الذي تمت الدراسة وفقه كان يتراوح بين 6000 الى 40000. في هذا البحث تم الاستعانة ببرنامج الانسز الخاص بمحاكاة الجريان Cus تم استعمال نموذج SST k-omega كون النتائج المترتبة على استعماله تم تعضيدها بالاختبار العملي حيث ان الفرق في عدد نسلت كان في حدود 94.17 عن نموذج الاختبار العملي. ان النموذج النظري Gay لنا التاثير الكبير للدوامات المتكونة خلف النتوءات-الحفر على زيادة نسبة الخلط وبالتالي تحسين كفاءة انتقال iz الحرارة. عمليا تم تصميم وتصنيع المنصة الخاصة بالنفق الهوائي وفيها تم اختبار حالات أخرى عدا الحالات المختبرة في النموذج النظري كذلك تم فيها التحقق من صحة النتائج النظرية. Lay ان الزيادة في عدد نسلت ترافقها زيادة في معامل الاحتكاك؛ لهذا تم استعمال معامل الأداء الحراري لإعطاء صورة موضوعية مدى التحسن الحاصل نتيجة وضع النتوءات والحفر، حيث لوحظ ان معامل الاداء الحراري يتناقص بزيادة عدد رينولدز. وبصورة عامل تم ايجاد ان معامل الاداء الحراري قد تراوح بين 1.2 الى 2 مقارنة بالنفق الأملس.

Gas turbine is one of the most important applications of industry, and it is widely used in many fields, including power generation and aviation. Thus improving the efficiency of gas turbines can have a great impact on both economical and technical scales as well as environmental. Increasing the temperature of inlet gas entering the turbine is one of the techniques used to improve the efficiency. This technique imposes a great challenge on cooling the blade as to prevent the rise of blade temperature to hazardous levels. Dimple-Protrusion surface is one of the methods used for cooling the trailing edge, and it is examined thoroughly in the present. The characteristics of air flow presented in heat transfer and pressure drop were investigated. The test was conducted numerically and experimentally on dimple-protrusion surfaces to study the internal cooling of airfoil of a heavy duty gas turbine. Numerical study was carried out to determine the average heat transfer coefficient and pressure drop across a rectangular channel. The dimple-protrusion was put on the bottom surface only or the bottom and top surfaces in the duct with different styles. Various ratios of dimple (or protrusion) pitch to dimple (or protrusion) diameter was considered. Also the effect of duct height to dimple protrusion depth ratio was taken on two stages, the first stage is to preserve the non-dimensional property, i.e. the ratio remained constant, and the second stage however was taken with various duct heights. Also the deployment of dimple-protrusion was considered (in-line and staggered). The Reynolds number was tested in range value from 6000 to 40000. This study utilized CFD software , namely ANSYS fluent 17 for the numerical approach to solve the SST k-omega model with the governing equation. This model manifested that the average deviation of Nusselt number is 4.17% from the experimental results. The numerical approach evinced that the formation of vortex behind dimple-protrusion has a great effect on increasing the efficiency of mixing, hence promoting heat transfer. Experimentally, a special rig was designed and manufactured to carry out the test to complement and to further validate the numerical results. This study took the thermal performance ratio into account, as it can give a good indication of the enhancement caused by the addition of dimple- protrusion. It is noted that the thermal performance ratio tends to decrease as Reynolds number increases. Generally the enhancement is 1.2-2 times the smooth channel.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب