تحلیل میدان جریان در روش خنک کنندگی سرمایش لایه ای تک سوراخه

یکی از روشهای متداول برای جلوگیری از تغییر شکل و خواص قطعات در تماس با گازهای داغ، از قبیل پره توربین و دیواره محفظه احتراق، استفاده از تکنیک سرمایش لایه ای (film cooling) می باشد. در روش سرمایش لایه ای شکافی (slot film cooling) سیال خنک کن مانع مانع از انتقال حرارت بین گازهای داغ و سطح فلز می شود. در این حالت می توان تحلیل جریان را به صورت دوبعدی انجام داد. اما در روش سرمایش لایه ای تک سوراخه (single hole film cooling) سیال خنک کن از یک سوراخ وارد جریان اصلی می شود و لذا طبیعت جریان سه بعدی می باشد. در این پروژه به حل عددی معادلات نویر استوکس و معادله انرژی برای جریان بر روی یک صفحه مسطح از روش اجزاء محدود با المانهای مکعبی پرداخته شده است . در این روش برای بدست آوردن معادلات جبری از توابع وزن به صورت پترو-گالرین استفاده شده است . ترم فشار با استفاده از روش پنالتی از معادلات مومنتم حذف می شود. معادلات حاکم به صورت جریان گذرا و تراکم ناپذیر همراه با رژیم آشفته نوشته شده اند. مدل توربولانس مورد استفاده مدل دومعادله ای × برای ناحیه کاملا آشفته و مدل تابع دیواره (wall function) برای نزدیک جداره می باشد. تغییرات زاویه تزریق سیال و نسبت دمش به عنوان موارد بررسی شده می باشد. روش حل معادلات جبری روش frontal میباشد. برای امتحان کد نوشته شده نتایج با حل بلازیوس (دقیق) و قانون 1/7 (تجربی) مقایسه شده اند و انطباق خوبی بدست آمده است . عملکرد بهینه سرمایش لایه ای تک سوراخه در زاویه تزریق 35 درجه و نسبت دمش 0/5 بدست آمده است . اثربخشی سرمایش لایه ای در شرایط بالا بصورت مستقیم با نتایج گلدشتاین و همکارانش (1968) مقایسه شده است و انطباق خوبی بدست آمده است .