EFFECTS OF PIN FIN SHAPE AND SIZE ON TURBINE BLADE TRAILING EDGE FLOW AND HEAT TRANSFER

Authors : Tuğba TUNÇEL, Harika KAHVECİ

Pages : 191-207

View : 22 | Download : 15

Publication Date : 2019-10-31

Article Type : Research Paper

Abstract :Modern türbin kanatlarının firar kenarlarının soğutulmasında, adalarla desteklenen film soğutması oluklarının bulunduğu kesik basınç kenarları ve soğutma kanallarının içine yerleştirilen pin fin yapıları kullanılmaktadır. Bu soğutma konfigürasyonlarını termal açıdan inceleyen pek çok çalışma olmasına rağmen, aerodinamik açıdan inceleme yapan çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu çalışma bir film soğutması konfigürasyonunun, pin dizini şekil ve büyüklüğünün optimum kombinasyonunu belirlemek için yapılan detaylı bir hesaplamalı incelemesini sunmaktadır. Analizler, firar kenarındaki kesik bölgenin hem iç hem dış yüzeylerini kapsayacak şekilde yapılmış ve sonuçlar hem aerodinamik hem de termal açıdan değerlendirilmiştir. Çalışılan konfigürasyonun iç bölgesi, saptırılmış pin dizinleri ve kesik basınç kenarına açılan olukların önünde bulunan kanat şeklindeki tıkayıcılardan oluşmaktadır. Çalışmada, dairesel, eliptik ve bu tür konfigürasyonlarda nadir olarak çalışılmış olan kanat şekillerine sahip ve farklı büyüklüklerde olan pinler kullanılmış ve karşılaştırmalar için beş farklı model oluşturulmuştur. Firar kenarı yüzeylerinde, olukların civarında ve kesik dış yüzey bölgesindeki akış özellikleri, basınç kayıpları ve ısı transferi karakteristiği incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar kanat şeklindeki pinlerin aynı büyüklükteki diğer şekilli pinlere göre, iç akışta basınç kayıplarını azalttığını göstermektedir. Bununla birlikte pin dizinleri, firar kenarı ayrışma bölgesindeki hız konturlarında küçük farklar oluşturmakta ve burada benzer basınç kayıplarına sebep olmaktadır. Küçük pinlerin, oluk çıkışlarındaki daha düşük sıcaklık seviyelerinden ötürü, firar kenarı ayrışma yüzeyinde biraz daha yüksek film soğutması verimliliği sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak, kanat şeklindeki pinler kanat içindeki dizinde aerodinamik kayıpları azalttığı için, hedeflenen soğutma performansını elde etmek üzere bu pin şeklinin boyut optimizasyonunun yapılması tasarım aşamasında uygun bir yaklaşım olacaktır.
Keywords : Türbin, firar kenarı, film soğutması, basınç kaybı, ısı transferi katsayısı, film soğutması verimliliği