بررسی عددی خنک کاری فیلمی

در سیستم هایی نظیر توربین ها و محفظه های احتراق، دمای سیال عامل بسیار بالا است و این دما می تواند به سیستم آسیب برساند. در یک توربین گاز برای نسبت فشار مشابه، هرچه دمای ورودی به توربین بالاتر رود، راندمان حرارتی بیش تر می شود. اما دمای بالا می تواند منجر به آسیب رسیدن به توربین شود. پره های توربین در معرض محیط بسیار داغ داخل توربین گاز قرار دارند. این دماهای بالا، پره را ضعیف و آن را بیش تر در معرض شکست قرار می دهد. بنابراین برای افزایش راندمان توربین که موجب افزایش دمای گاز میشود، نیاز به انجام فرایند خنک کاری پره است تا عمر پره ها و در نهایت عمر توربین افزایش یابد. یکی از مهمترین فرایندهای خنک کاری سیتم-هایی نظیر توربین ها، خنک کاری فیلمی(film cooling) است. خنک کاری فیلمی یک نوع مهم خنک کاری است که توسط تزریق هوای سرد بر روی پره از راه حفره های کوچک روی پره انجام می شود. این هوا بر روی سطح پره یک لایه ی نازک یا فیلم هوای سرد ایجاد می کند و از آن نسبت به هوای با دمای بالا محافظت می کند .خنک کاری فیلمی روی سه سطح تخت، محدب(مقعر) و سطوح پره ها مورد بررسی قرار می گیرد تا تاثیر پارامترهای موثر بر آن مورد مطالعه قرار گیرد. در این پژوهش، فرایند خنک کاری فیلمی با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی و به صورت عددی و در دو حالت 2 و 3 بعدی، برای سطح تخت و همچنین سطح پره مورد بررسی قرار گرفته است. داده های به دست آمده از شبیه سازی عددی سازگاری خوبی را با داده های تجربی نشان می دهند. در این تحلیل از روش حجم محدود استفاده شده و پارامترهایی نظیر: نرخ دمش و نرخ چگالی سیال اصلی و خنک کننده، اثر توربولانس، اثر تغییر زاویه و قطرحفره مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نرخ دمش بهینه ای برای رسیدن به بالاترین راندمان خنک کاری به دست آمده است. قانون دوم ترمودینامیک، جهت مقایسه ی آنتروپی مدلهای بررسی شده، از جمله دو مدلی که دارای بالاترین راندمان خنک کاری بوده اند نیز، مورد بررسی قرار گرفته شده است.