سارا ملکی - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم و فنون بابل
مجتبی آقاجانی دلاور - عضو هییت علمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
سید سهیل موسوی اجارستاقی - دانشجو دکتری، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

بدلیل دارا بودن ویژگی های منحصر به فرد، توربین های گازی کاربردهای فراوانی در صنایع هوافضا، صنایع دریایی و کشتیرانی، صنعت نفت و گاز و نیروگاه های تولید برق و ... پیدا کرده اند. یکی از قسمت هایی که عملکرد بهینه آن، راندمان توربین گاز را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، پره توربین است. پره های توربین در داخل توربین گاز با محیط با دمای بالا، تنش بالا و ارتعاش بالقوه بالا مواجه هستند. هر سه این عوامل می توانند منجر به شکست پره شوند. با توجه به اینکه افزایش دمای ورودی توربین یک مزیت اجتناب ناپذیر برای بهبود عملکرد آن است، خنک کاری پره های ورودی توربین جهت افزایش طول عمر پره ها و افزایش راندمان توربین بسیار حایز اهمیت است. خنک کاری لایه ای یک روش جدید و کارا جهت محافظت از پره های توربین و در واقع مطمین ترین نوع خنک کاری در نواحی داغ توربین است. در خنک کاری لایه ای هوای سرد از کمپرسور به داخل پره های توربین هدایت می شود و بوسیله سوراخ های کوچکی که روی سطح پره تعبیه شده بر روی پره تزریق می شود. در این روش مساله قابل توجه یکنواختی دمای سطح پره است. در واقع اگر سطح مورد نظر به طور یکنواخت خنک نشود این عدم یکنواختی تنش هایی را به وجود می آورد که می تواند موجب ایجاد مشکل برای قطعه در دراز مدت شود. در این مقاله، به بررسی توزیع جریان جرم خنک کننده با استفاده از دو جت خنک کننده با دبی خنک کننده کل ثابت و تاثیر آن بر اثربخشی خنک کاری لایه ای پرداخته شده است. همچنین تاثیر جانمایی جت های ورودی بر خنک کاری لایه ای پره توربین گاز با استفاده از شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است و در نهایت مساله برای دو آرایش مختلف برررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از کد تجاری ANSYS FLUENT انجام شده و برای تحلیل آشفتگی جریان اطراف پره توربین از مدل k-ω SST استفاده شده است. برای بررسی تاثیر دبی سیال خنک کننده در جت های ورودی، حالت های 30-70، 40-60، 50-50، 60-40 و 70-30 مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که حالت 40-60 دارای بیشترین اثربخشی در میان مدل های مورد بررسی است بدین معنا که اگر 60 درصد سیال خنک کننده از جت اول و 40 درصد باقی از جت دوم بر روی پره جریان یابد، پروفیل دمای مناسبی جهت خنک کاری پره شکل می گیرد. برای بررسی تاثیر فاصله بین دو پره، جت های ورودی 40-60 در نظر گرفته شده و فواصل 50، 100، 150، 200 و 250 میلیمتر مورد تحلیل قرار گرفته که حالت 50 میلیمتر دارای بیشترین اثربخشی خنک کاری در میان حالت های دیگر بوده است.

توربین گاز، خنک کاری لایه ای، اثربخشی خنک کاری، جت های خنک کننده، شبیه سازی عددی