تحلیل عددی اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بر پوسته کمپرسور محوری توربین گاز

تغییر شکل پوسته توربین در پاسخ به تغییرات شرایط فشاری و دمایی به دلایل مختلفی از جمله سایش اعضای داخلی، نابرابری جرم حرارتی پوسته نازک و فلنج‌های ضخیم و متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی اطراف پوسته به وجود می‌آید. با تغییر شکل پوسته، افت جریان در نوک پره‌ها و درزبندهای توربین افزایش یافته و بازده کاهش می‌یابد. در این تحقیق به بررسی اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بر پوسته کمپرسور محوری توربین گاز پرداخته شده است. بدین منظور یک مدل دو بعدی شامل شفت، پوسته داخلی و خارجی به همراه جریان کمپرسور و سیال محبوس بین دو پوسته شبیه‌سازی شده است. محیط سیال و جامد همزمان با هم به صورت گذرا با روش عددی با اعمال شرایط مرزی مختلف تحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهد که در اثر جابجایی آزاد، دمای نقاط بالایی پوسته تا یک زمان مشخص افزایش پیدا کرده و پس از آن به صورت نوسانی کم می‌شود. در حالی که دمای نقاط پایین در طول زمان به طور کلی کاهش می‌یابد. جابجایی آزاد باعث ایجاد اختلاف دمای قابل توجهی در پوسته در شرایط خاموشی توربین می‌شود. همچنین با توجه به مقدار بالای عدد رایلی، آشفتگی جریان در سیال زیاد است. با این که با افزایش ضریب انتقال جابجایی محیط عدد رایلی افزایش می‌یابد، گرادیان دمایی بین پوسته بالا و پایین به صورت موضعی کاهش می‌یابد. برای کاهش تغییر شکل پوسته راهکارهای عملی استفاده از تهویه برای تنظیم ضریب انتقال جابجایی محیط، تغییر لاجیک شیر تخلیه و بهبود عایق‌بندی پوسته بسته به شرایط عملکردی ارائه شده است.