طراحي محفظه احتراق (تاثير پارامترهاي گوناگون و خصوصيات انتقال حرارت خارجي اجزاء توربين)

مقدمه
در اين فصل ما بر روي تاثير پارامترهاي گوناگون و خصوصيات انتقال حرارت خارجي اجزاء توربين تمركز مي نماييم.پيشرفتها در طراحي محفظه احتراق منجر به دماهاي ورودي توربين بالا تر شده اند كه به نوبه خود بر روي بار حرارتي و مولفه هاي عبور گاز داغ تاثير مي گزارد.دانستن تاثيرات بار حرارتي افزايش يافته از اجزايي كه گاز عبور مي كند طراحي روشهاي موثرسرد كردن براي محافظت از

اجزاء امري مهم است.گازهاي خروجي از محفظه احتراق به شدت متلاطم مي باشد كه سطوح و مقادير تلاطم ۲۰تا ۲۵% در پره مرحله اول مي باشد.مولفه هاي مسير گاز داغ اوليه ،پره هاي هادي نازل ثابت و پره هاي توربين درحال دوران مي باشد. شراعهاي توربين، نوك هاي پره، سكوها و ديواره هاي انتهايي نيز نواحي بحراني را در مسير گاز داغ نشان مي دهد. برسي هاي كار بردي و بنيادي در ارتباط با تمام مولفه هاي فوق به درك بهتر و پيش بيني بار حرارتي به صورت دقيق تر

كمك كرده اند . اكثر برسي هاي انتقال حرارت در ارتباط با مولفه هاي مسير گاز داغ مدل هايي در مقياس بزرگ هستند كه در شرايط شبيه سازي شده بكار مي روند تا درك بنيادي از پديده ها را فراهم سازد. مولفه ها با استفاده از سطوح صاف و منحني شبيه سازي شده اند كه شامل مدل هاي لبه راهنما و كسكيد هاي ايرفويل هاي مقياس بندي شده مي باشد. در اين فصل، تمركز

بر روي نتايج آزمايشات انتقال حرارت بدست آمده توسط محققان گوناگون روي مولفه هاي مسير گاز خواهد بود. انتقال حرارت به پره هاي مرحله اول در ابتدا تحت تاثير پارامترهاي از قبيل پروفيل دماي خروجي محفظه احتراق،تلاطم زياد جريان آزاد و مسير هاي داغ مي باشد .انتقال حرارت به تيغه هاي روتور مرحله اول تحت تاثير تلاطم جريان آزاد متوسط تا كم ، جريان هاي حلقوي نا پايدار ، مسير هاي داغ و البته دوران مي باشد.

۲٫۱٫۱- سرعت خروجي محفظه احتراق و پروفيل هاي دما
سطوح تلاطم در محفظه احتراق خيلي مهم هستند كه ناشي از تاثير چشمگير انتقال حرارت همرفتي به مولفه هاي مسير گاز داغ در توربين مي باشد. تلاطم تاثير گزار بر روي انتقال حرارت توربين ها در محفظه احتراق توليد مي شود كه ناشي از سوخت به همراه گاز هاي كمپرسور مي باشد.آگاهي از قدرت تلاطم توليد شده توسط محفظه احتراق براي طراحان در بر آورد مقادير انتقال حرارت در توربين مهم است.تلاطم محفظه احتراق كاهش يافته، مي تواند منجر به كاهش بار حرارتي در اجزاء توربين و عمر طولاني تر و همچنين كاهش نياز به سرد كردن مي شود. بر سي

هاي انجام شده بر روي اندازه گيري سرعت خروجي محفظه احتراق و پروفيل هاي تلاطم متمركز شده است.
Goldstein سرعت خروجي و پروفيل هاي تلاطم را براي محفظه احتراق مدل نشان داد.Moss وOldfield طيف هاي تلاطم را در خروجي هاي محفظه احتراق نشان دادند.هركدام از بر سي هايفوق در فشار اتمسفر و دماي كم انجام شد. اگرچه بدست آوردن بدست آوردن انرازه گيري ها تحت شرايط واقعي مشكل است اما براي يك طراح توربين گاز درك بهبود هندسه محفظه احتراق و پروفيل هاي گاز خروجي از محفظه امري ضروري است. اين اطلاعات به بهبود شرايط هندسه و تاثيرات نياز هاي سرد كردن توربين كمك مي نمايد.
اخيرا”،Goebel سرعت محفظه احتراق و پروفيل هاي تلاطم در جهت موافق جريان يك محفظه احتراق كوچك با استفاده از يك سيستم سرعت سنج دوپلر ولسيمتر(LDV)را اندازه گيري كردنند.آنهاسرعت نرماليزه شده،تلاطم وپروفيل هاي دماي موجود براي تمام آزمايش هاي احتراق را نشان دادند.آنها يك محفظه احتراق از نوع قوطي مانندبكار رفته در موتور هاي توربين گاز مدرن را

استفاده كردند، كه در شكل۱-۲نشان داده شده است.جريان از كمپرسور و از طريق سوراخ ها وارد محفظه احتراق مي شود و با سوخت محترق در محل هاي متفاوت در جهت موافق جريان مخلوط مي شود. طراحي محفظه احتراق حداقل مستلزم يك افت فشار از طريق محفظه احتراق تا ورودي توربين است.فرايند محفظه احتراق توسط اختلاط تدريجي هواي فشرده با سوخت در محفظه قوطي شكل كنترل مي شود. طراحان محفظه احتراق نوين نيز بر روي مشكلات و مسائل تركيب و فرايند اختلاط هوا-سوخت تمركز مي نمايند احتراق تميز نيز يك مسئله و كانون براي طراحان ناشي از استاندارد هاي محيطي الزامي شده توسط دولت فدرال آمريكا و EPA مي باشد. با اين حال ،طرا

ح محفظه احتراق يك مسئله مورد بحث در اين كتاب نمي باشد.
شكل ۲-۲ تاثير احتراق بر روي سرعت محوري ،شدت تلاطم محوري،سرعت پيچ وتاب( مارپيچي )و شدت تلاطم پيچ وتاب را نشان ميدهد. تمام سرعت ها توسط خط مركزي سرعت اندازه گيري شده و در مقابل شعاع نرماليزه رسم شدند.جريان جرم و فشار هوا براي قدرت هاي مختلف احتراق اندازه گيري شدند.افزايش جريان سوخت باعث افزايش استحكام احتراق گرديد.دماي شعله آدياباتيك تغيير داده شد.هواي فشرده در يك موتور توربين گاز ناشي از فرايند تراكم پيش گرم مي

باشد .با اين حال،در اين برسي،هوا پيش گرم نمي شود.جريان جرم وفشار۰٫۴۵ kg/s و۶٫۸ اتمسفر بودند.دما هاي شعله از ۷۱ تا ۱۹۸۰ متغير بود.تاثير احتراق شديدا” آشكار است هنگامي كه حالت آتش گرفته را با بقيه حالتهاي آتش گرفته مقايسه مي نماييم.سسرعت محوري و سرعت پيچ وتاب(مارپيچي) شديدا”تحت تاثير احتراق هستند،مقادير پيچ وتاب توسط احتراق كم ميشود.كاهش در پيچ وتاب مي تواند در شدت تلاطم مشاهده شود.مقادير اوج در شدت تلاطم از ۱۰ تا ۱۶% از حالت غير مشتعل تا كاملا”مشتعل كاهش يافتند.
پروفيل هاي دما نيز براي حالت هاي احتراق اندازه گيري شدند.شكل ۳-۲ تاثير سوراخ هاي رقيق سازي را براي دما هاي آتش زدن مشابه(۱۲۰۰ ) مقايسه مينمايد.پروفيل دما نسبتا”صاف و يكنواخت و بدون سوراخ هاي رقيق سازي ،با مقادير اوج در خط مركز مي باشد. با اين حال ،افزودن سوراخ هاي رقيق سازي باعث كاهش مقادير دما بين خط مركز و لبه ها مي گردد.آگاهي از پروفيل دماي خروجي محفظه احتراق يك ضرورت براي محاسبات انتقال حرارت مسير گاز مي باشد.اندازه گيري هاي پروفبل خروجي دما يك روال توليد كنندگان توربين گاز است.پروفيل هاي دماي گاز ورودي براي محاسبات انتقال حرارت مولفه مسير گاز براي براورد كردن دماهاي مولفه لازم هستند. مقايسه پروفيل هاي دماي محفظه احتراق ناشي از منحصر بفرد بودن طراحي امري دشوار است.با اين حال ،برسي هاي فوق آگاهي هايي در مورد سرعت ، شدت تلاطم و پروفيل هاي دما و تاثيرات احتراق برروي آنها فراهم مي كنند. مقياس اندازه دما يك عامل مهم براي انتقال حرارت مسير گاز است. با اين حال، برسي هاي فوق هيچ نوع اطلاعاتي در مورد مقياس اندازه دما فراهم نمي كنند.

 

۲٫۲- انتقال حرارت در مرحله هاي توربين:
۲٫۲٫۱ – مقدمه:
يك مرحله توربين شامل يك رديف از پره هاي هادي نازل يا استاتور و يك رديف از پره هاي دوران كننده موسوم به روتورها ميباشند.سيال وارد معبرهاي توربين شده و در جهت لبه پره هاي هادي روتور خميده مي شود. يك بخش از انرژي سيال به انرژي مكانيكي ناشي از حركت دوراني پره هاي روتور تبديل مي شود.پره هاي روتور به محور توربين متصل هستند. حركت دوراني منتقل شده به محور براي راه اندازي كمپرسور استفاده مي شود.شكل ۴-۲ يك مرحله توربين را نشان داده كه از يك معبر پره هادي نازل و يك معبر پره روتور تشكيل شده است.نمودار سرعت براي

مرحله(استيج)نيز نشان داده مي شود.

۲٫۲٫۲- استيج توربين موتور واقعي:
درك جنبه هاي انتقال حرارت براي تمام مولفه هاي(اجزاء) توربين تحت شرايط واقعي امري مهم است.بعنوان نمونه، سنجش هايي كه بر روي يك توربين تك مرحله تحت شرايط موتور مي توانند براي فراهم كردن تمام اطلاعات انتقال حرارت درباره اجزاي مسير گاز استفاده شود.تجهيزات و آزمايشات در مورد استيج هاي توربين واقعي تحت شرايط موتور بسيار نادر هستند.فقدان ابزارهاي دقيق اندازه گيري دما بالا و دشواري در تجهيز توربين با دستگاه هاي اندازه گيري دما و فشار از جمله دلايل تلاش هاي محدود در بررسي انتقال حرارت يك استيج واقعي تحت شرايط موتور واقعي مي باشند.

اكثر نتايج اوليه بر روي انتقال حرارت روتور- استاتور واقعي توسطDunn از مركز فن آوري پيشرفته Calspan تهيه شده اند.Dunn مقدار قابل توجهي از اطلاعات درباره اندازه گيري هاي فلوي( جريان ) حرارت براي پره هاي هادي نازل(ديوار انتهاي وايرفويل ها)،پره روتور، نوك روتور، سكو و شراع ها(shroud) را ارائه كرد. Dunn از يك توربين گردان كامل از موتور Gerratt TFE 731-2 استفاده كرد.آنها اندازه گيري فلوي حرارت درباره پره هادي نازل (NGV)، روتور و شراع توربين گزارش كردند.يك مجموعه شوك- تونل براي ارائه شرايط خوب تعريف شده در نظر گرفته شد و تعداد كا

في از پارامترها براي بهبود اطمينان در اطلاعات طراحي و فنون در حال توسعه مطرح گرديد. اندازه گيري هاي فشار استاتيك با استفاده از آشكار سازهاي فشار بر روي مقطع كلي توربين بدست آمدند.گيج هاي جريان حرارت فيلم نازك در استيج توربين روي ديوار انتهايي نوك NGV و مكش موتور وسطوح فشار نصب شدند.شكل ۵-۲ مجموعه تونل- شوك بكاررفته توسطDunn را نشان مي دهد.

Dunn نيز اندازه گيري هاي فشار و فلوي حرارت را براي يك استيج توربين با نسبت كم ارائه ك

رد. در برسي هاي فوق الذكر،آنها يك استيج پر فشار با يك نسبت تقريبا” ۱٫۵ را مطاله كردند.يك توربين نيروي هوايي/ Garentt با نسبت كم (LART) بايك نسبت تقريبا”۱٫۵ براي اين بررسي استفاده گرديد. يك مجموعه تونل باد لوله مانند براي شوك مشابه در برسي هاي اوليه استفاده گرديد.شكل ۶-۲ طرحي از استيج LART رانشان ميدهد.عدد ورودي ،فشار كلي،دماي كلي

وجريان وزن بر روي شكل نشان داده مي شوند. اندازه گيري ها براي توپي NGV و ديواره هاي انتهايي نوك و پره روتور براي اين استيج بدست آمدند.

شكل ۷-۲ توزيع هاي فشار اندازه گيري شده بر روي NGV وخطوط مياني روتور را نشان مي دهد. توزيع هاي فشار بطور واضح بالا ترين و پايين ترين م

حل هاي سرعت NGV وسطوح پره در امتداد خط مركزي را نشان مي دهند.
شكل ۸-۲ توزيع عدد stanton را براي خط مياني NGV نشان مي دهد.خطوط پر و خط چين طرح توزيع هاي عدد stanton محاسبه شده را بر اساس روابط صفحه تخت لايه اي و تلاطم به ترتيب نشان مي دهند. بالا ترين عدد stanton در محدوده فاصله سطح بر روي سطح فشار رخ مي دهد. آنگاه عددstanton به سرعت بر روي سطح فشار تا حدود نصف مقدار در فاصله سطح، ۱۱% افت مي كند وسپس بتدريج بر روي سطح فشار كل تا دنباله لبه افزايش مي يابد.توزيع هاي فشار

آشكار ميباشد كه جريان سطح فشار در ۵۰% فاصله سطح اوليه خيلي آهسته است و سپس سرعت به طرف دنباله لبه زياد مي شود. اين رفتار در عدد stanton به انتقال لايه مرزي تلاطم – لايه اي معروف مي باشد كه در حدود فاصله سطح ۶% رخ مي دهد(نسبت داده مي شود). وقتي انتقال در فاصله سطح ۲۵% كامل مي شود،عدد stanton بتدريج بطرف دنباله لبه كاهش مييابد. از اين روابط، بنظر مي رسد كه سطوح فشار و مكش داراي لايه هاي مرزي تلاطم قوي هستندو اعداد stanton پيش بيني شده خيلي كمتر از مقادير اندازه گيري شده هستند.
Dunn اندازه گيري هاي مربوط به توپي NGV و ديواره هاي انتهايي نوك را انجام داد.شكل ۹-۲

اطلاعات عددstanton را براي محل هاي نزديك ديواره انتهايي سطح فشار ،وسط ديواره انتهايي و نواحي ديوار انتهاي سطح مكش مجاور نشان مي دهد. توپي و نوك ديواره انتهاي روشهاي مشابه را نشان مي دهند. اعدادstanton در حدود ۶۰% فاصله سطح از لبه راهنما به دنباله لبه

غير تخت مي باشند و سپس به طرف دنباله لبه افزايش مي يابد .
اعداد stanton بالاتر نزديك به دنباله لبه ممكن است ناشي از جريان شتاب دار باشد.
شكل ۱۰-۲ توزيع عددstanton بر روي تيغه روتور را نشان مي دهد. تحليل اطلاعات بخوبي تحليل براي NGV ناشي از مسئله اضافي بدست آوردن اطلاعات بر روي يك مولفه گردان نمي باشد.توزيع هاي عدد stanton مشابه روي سطوح فشار ومكش پره مي تواند به دوران پره كمك نمايد. Dunn نشان مي دهد كه آنها مشاهده كردند تاثير دوران تغييرات توزيع عدد stanton برروي فويل هواي را كاهش ميدهد. عدد اوج stanton در فصله تقريبي ۳٫۵% در سمت فشار رخ مي داد. عدد stanton به سرعت از لبه هدايت كننده تا حدود ۳۰% فاصله سطح سقوط مي كند. توزيع ف

شار براي پره نشان مي دهدكه جريان در حدود۳۷% فاصله سطح در طرف مكش سونيك مي شود.در اين نقطه عددstanton سطح زياد مي شود و به حداكثر مقدار فاصله سطح ديگر حدود ۷۰% ميرسد.جداي از فاصله سطح ۷۰% ، اعداد stanton به طرف دنباله لبه كاهش مي يابد . با اين حال Dunn هيچ اندازه گيري نزديك ناحيه دنباله لبه ندارد مگر يك نقطه واحد در فاصله سطح ۹۰% . روي سطح فشار پره عدد stanton از يك مقدار حداكثر در فاصله دور ۳٫۵% تا يك مقدار حداقل در فاصله سطح ۲۵% افت مي كند.اين يك ناحيه داراي شيب فشار قوي ميباشدكه باعث كاهش سرعت جريان بر روي سطح فشار مي گردد.سپس در جهت موافق جريان عدد stanton مجددا”تا يك مقدار زياد در حدود فاصله سطح ۷۰% مانند حالت سطح مكش زياد مي شود.مقادير عدد stanton از فاصله سطح ۷۰% تا دنباله لبه بر روي سطح فشار كم ميشوند.
پيش بيني هاي لايه مرزي لايه اي وتلاطمي نيز روي شكل نشان داده ميشود. پيش بيني هاي لايه مرزي تلاطم(آشفته) با اطلاعات سطح فشار توافق خوبي دارد ولي خيلي بيشتر از اطلاعات سطح مكش است. بر اساس نتايج ميتوانيم بگوييم كه لايه مرزي سمت فشار از لبه هدايت كننده كاملا” آشفته است،در حاليكه لايه مرزي سمت مكش ممكن است لايه اي شود و انتقال به لايه مرزي آشفته در امتداد سطح را طي نمايدو به لايه مرزي آشفته كامل نزديك به دنباله لبه برسد.
شكل ۱۱-۲ تويع عددstanton روي مركز نوك پره را نشان مي دهد.Dunn سه محل روي مركز (سكو) و ده محل روي نوك براي اندازه گيري هاي جريان حرارت داشت.از اطلاعات چنين بنظر مي رسد كه اطلاعات stanton ناحيه نوك خيلي بيشتر از ناحيه سكو است. در مقايسه با تاثيرات سطح پره ،اعداد استانتون ناحيه نوك از مرتبه لبه هدايت گر پره هستند كه انتقال حرارت زياد را نشان مي دهد. بعدا”در اين فصل درباره انتقال حرارت نوك پره صحبت مي كنيم .

۲٫۲٫۳- استيج توربن شبيه سازي شده:
Blair آزمايشاتي روي دماي محيط در مقياس بزرگ در مدل استيج توربين انجام داد. مدل استيج-توربين شامل يك استاتور ،يك روتور و يك استاتور اضافي پشت روتور بود. آنها همچنين تاثيرات آشفتگي ورودي ،فاصله محوري روتور-استاتور و فاصله محيطي اولين و دومين استاتور بر روي انتقال و ايرفويل هاي توربين را برسي كردنند. گزارش جامعي از اين برسي آزمايشي مي تواند از مقاله Dring در مركز تحقيقات فن آوري UTRC بدست آمد. جزئيات آزمايش و تجهيزات در برسي هاي فوق يافت ميشوند.شكل ۱۲-۲ شكل هندسي و زواياي جريان ايرفويل را نشان ميدهد. اين آزمايش براي اجراي برسي هاي جريان اطراف توربن و پره كمپرسور طراحي گرديد.مجموعه شامل استيج در

اين اين مطالعه هندسه توربين است .
شكل ۱۳-۲ فشار هاي استاتيك اندازه گيري شده روي ايرفويل را نشان ميدهد. براي اولين استاتور ، جريان روي سطح ايرفويل بخوبي رفتار كرد.سطح فشار و جريان موضعي بطور پيوسطه از لبه هدايت كننده به تدريج بطرف دنباله لبه افزايش سرعت يافت و بخش بزرگي از افزايش پس از فاصله سطح ۶۰% بود. سطح مكش جريان در ابتدا افزايش سرعت يافت و سپس كاهش يافته و بعدا”بطرف ناحيه گلويي افزايش سرعت يافت و سپس به آرامي به طرف دنباله لبه بدون جدا شدن جريان كاهش سرعت پيدا كرد.براي پره روتور كاهش سرعت جريان در نزديك لبه هدايت كننده سطح مكش و فشار رخ داد.سطح، فشار پس از كاهش اوليه تا حدود فاصله سطح ۳% ،جريان بطور پيوسته بطرف دنباله لبه افزايش سرعت پيدا كرد. سطح مكش، جريان از فاصله سطح ۵% تاحدود فاصله سطح ۲۵% افزايش سرعت پيدا كرد . سرعت جريان تقريبا” از ۲۵ تا ۷۰% فاصله سطح ثابت بود و سپس بطرف دنباله لبه كاهش يافت. براي استاتور دوم، توزيع فشار شبيه به توزيع اولين استاتور بود بغير از مجاورت لبه هدايت كننده. روي سطح فشار يك افزايش بدنبال يك كاهش ملايم فشار در جهت موافق جريان لبه هدايت كننده وجود داشت. در سطح مكش يك افزايش سرعت پيوسته جريان بطرف گلويي وجود داشت وسپس جريان به سمت دنباله لبه كاهش يافت پس از اينكه به حداكثر سرعت در گلويي رسيد.
شكل۱۴-۲ توزيع هاي عدد stanton را براي هر ايرفويل بر اساس سرعت خروج و دانسيته در ه

ر فويل نشان مي دهد.توزيع هاي انتقال حرارت مياني براي حالتي ارائه مي شوند كه فاصله استاتور۱ تا روتور وروتور تا استاتور ۲ ،۶۵% و ۶۳% وتر پره روتور بود.نتايج براي يك مورد داراي يك شبكه آشفته مخالف جريان استاتور ۱ در مقابل حالت بدون شبكه مقايسه مي شوند. آشفتگي شبكه توليد شده حدود۹٫۸% در ورودي اولين استاتور بود. استاتور ۱ لايه مرزي لايه اي را بر روي

سطح فشار كل بدون يك شبكه نشان مي دهد. با اين حال شبكه اعداد stanton بيشتر ميشود كه نشانه انتقال به آشفتگي موافق جريان لبه هدايت كننده است. سطح مكش، انتقال در S/Bx=1 (نسبت فاصله سطح به وتر محوري ايرفويل)بدون شبكه رخ مي دهد. انتقال به S/Bx=0.2 با شبكه حركت مي كند . اين نشان مي دهد كه يك جريان ورودي آشفته در محل انتقال لايه مرزي روي سطوح فشار و مكش پيش مي رود و مقادير انتقال حرارت به شدت زياد مي گردد. در موتور واقعي ، گازهاي خروجي از محفظه احتراق به شدت آشفته هستند و مقادير آشفتگي ۱۵ تا۲۰% در ورودي استاتور اولين مرحله (اولين استيج) مي باشد.

براي روتور، تاثير آشفتگي ، مانند اولين استاتور آشكار نمي باشد.حالت آشفتگي كم نشان مي دهد كه لايه مرزي فقط در مجاورت لبه هدايت كنند بصورت لايه اي بنظر مي رسد.مقادير انتقال حرارت سطح فشار ،توسعه لايه مرزي آشفته قوي را پس از S/Bx=0.2 نشان مي دهند. انتقال حرارت روتور تحت تاثير آشفتگي توليد شده توسط شبكه به دو دليل نمي باشد:(الف) جريان روتور قبلا” جريانهاي نا آرام توليد شده توسط استاتور در جهت مخالف جريان به شدت آشفته ميشود و (ب) تلاطم توليد شده توسط شبكه در جهت موافق جريان خروجي اولين استاتور بدليل افزايش سرعت جريان از بين مي رود. مقادير ناپايداري در جريان توليد توسط روتور نسبت به استاتور ثابت خيلي بيشتر از مقادير توليد شده توسط شبكه است. بر روي سطح مكش كمي تحت تاثير مي باشد .جريان بي ثبات باعث توليد آشفتگي در جريان آزاد مي شود كه بطور متوسط آشفتگي در مقادير ۱۰ تا۱۵% را برروي آشفتگي توليد شده توسط شبكه موجود قبلي توليد مي نمايد. اين امر ممكن دليلي براي اعداد استانتون بالاتر پره روتور در مقايسه با اولين استاتور باشد. براي دومين استاتور ، تاثير آشفتگي شبكه بدليل افزايش بعدي سرعت جريانهاي موافق جهت اولين پره ، وجود ندارد.لايه مرزي، تحت تاثير جريانهاي نا پايدار مخالف جهت جريان و جريانهاي ثانوي توليد شده توسط روتور مي باشد.سطح فشار و انتقال حرارت مكش براي اولين استاتور در حالت آشفتگي نسبتا” كم خيلي بيشتر مي باشند. پيچيدگي جريان با هر رديف فويلهاي هوا افزايش مي يابد. اين موضوع در توزيع هاي انتقال حرارت اندازه گيري شده بسيار آشكار است .اطلاعات بيشتر درباره آزمايش ميتوانند از مقالات Dring بدست آيند.
شكل ۱۵-۲ تاثير عدد رينولدز جريان اصلي بر روي توزيع هاي عدد استانتون اولين استاتور ،تحت آشفتگي شبكه بالا(۹٫۸% ) را نشان مي دهد. سطح مكش ، يك كاهش در عدد رينولدز(Re)محل انتقال لايه مرزي را از لبه هدايت كننده روتورمي برد.براي Re=642900 انتقال در جهت موافق لبه هدايت كننده آغاز مي گردد. براي Re=242800 انتقال فقط در S/Bx=1.0 شروع مي شود. ب

ا افزايش در عدد رينولدز، محل انتقال به لبه هدايت كننده ميرود كه به نوبه خود منطقه انتقال حرارت لايه اي و منطقه انتقال حرارت آشفته را كاهش مي دهد و منطقه انتقال حرارت آشفته را بر روي سطح فويل هوا توسعه مي دهد .در سطح فشار ، تاثير عدد رينولدز تا يك سطح S/Bx= -0.4 احساس نمي شود. بعدا”در جهت موافق جريان، انتقال حرارت اندازه گيري شده از پيش بيني هاي آشفتگي كاملا” تجاوز كرد در حالي كه براي اعداد رينولدز كمتر ،مقادير انتقال حرارت اندازه گيري شده با پروفيل آشفتگي انطباق كامل داشت.

۲٫۲٫۴- اندازه گيري هاي انتقال حرارت تجزيه شده زماني بر روي يك پره روتور:
Guenette اندازه گيري هاي انتقال حرارت را براي يك پره توربين تراسونيك در مقياس كامل نشان داد. اندازه گيري ها در تونل توربين MIT انجام شدند. مجموعه براي شبيه سازي عدد رينولدزجريان، عدد ماخ، عدد پرانتل و سرعت تصحيح شده و وزن جريان و نسبت هاي دماي گاز به فلز همراه با مكانيك سيال توربين وانتقال حرارت طراحي شده است. آنها از گيجهاي جريان حرارت فيلم نازك براي اندازه گيري هاي انتقال حرارت سطح استفاده كردند. جزئيات بيشتر درباره روش اندازه گيري مي تواند در تحقيقات Guenette يافت شود. شكل ۱۶-۲ آرايش جريان توربين MIT را نشان مي دهد. شكل هندسي استيج توربين نشان داده شده است.
شكل ۱۷-۲ توزيع هاي فشار پروفيل محاسبه شده را براي پره روتور نشان مي هد. بر سطح فشار يك كاهش سرعت جريان اوليه تا حدود ۵% فاصله سطح وجود دارد سپس يك افزايش سرعت تدريجي تا حدود۶۰% فاصله سطح و يك كاهش سرعت مختصر موافق جريان لبه هدايت كننده

وجود دارد. سپس جريان تا حدود ۷۵% فاصله سطح زياد مي شود كه محل گلويي است و سپس بطرف دنباله لبه كاهش مي يابد .پره دوباره بار گيري مي شود، هنگامي كه بالاترين سرعت جريان موضعي در يك محل نزديك به دنباله لبه رخ مي دهد.
شكل ۱۸-۲ ميانگين اندازه گيري هاي جريان حرارت تجزيه شده زماني در اطراف بخشهاي مياني پره روتور نشان مي دهد. معدل گيري بر روي معبرهاي ۳۶۰ پره متوالي انجام مي شود. شكل ها اندازه گيري را در ۱۲ محل بر روي سطح پره نشان مي دهد .محققان يك آشفتگي همبسته وس

يع را بر روي سطح فشار در امتداد پره مشاهده كردند.محققان نشان مي دهند كه آشفتگي ممكن است معرف جابجايي مسير بطرف معبر باشد.دوره زماني عبور از پره برروي يكي از پروفيل هاي زمان نشان داده مي شود. رقيق سازي توزيع ممكن است ناشي از افزايش سرعت جريان عبوري

از لبه هدايت كننده تا دنباله لبه باشد. برسطح مكش ، مدولاسيون عبور پره ،قوي تر از لبه هدايت كننده است(۷۰ تا۹۰% ) و به طرف دنباله لبه رقيق مي شود (۳۰ تا ۴۰%) .تاثير NGV در جهت موافق جريان كم مي شود هنگامي كه جريان وارد معبرهاي پره ناشي از افزايش سرعت قوي جريان از لبه هدايت كننده دنباله لبه مي گردد .تغييرات شديد اطلاعات بر روي سطح مكش ،انتشار قوي بطرف سطح مكش نزيك به لبه هدايت كننده و حركت بطرف سطح فشار نزديك به دنباله لبه را نشان مي دهد.
شكل ۱۹-۲ يك مقايسه از دماهاي ميانگين و اندازه گيري شده توسط حسگر هاي فوقاني در محل اندازه گيري جريان حرارت بر روي سطح مكش را نشان مي دهد. نوسانات كوچك شبيه به نوسان حلقه، نوسان الكتريكي و نوسان جريان توسط روش مذكور فيلتر مي شوند.از پروفيل هاي زماني اندازه گيري شده مي توان مشاهده كرد كه جريان با عبور از پره بصورت تناوبي(پريودي) است.
۲٫۳- آزمايشات انتقال حرارت پره كسكيد:

۲٫۳٫۱- مقدمه:
همانطور كه قبلا”نشان داده شد تمام برسي هاي قبلي انجام شده نسبت به اندر كنش هاي روتور-استاتور صورت گرفت. آنها انتقال حرارت را براي كل روتور-استاتور انجام دادند. بررسي ها برروي انتقال حرارت NGV اولين مرحله روتور را درنظر كه هر نوع تاثيرات مخالف جهت جريان را در نظر نگرفتند.حظور روتور بر خصوصيات انتقال حرارت پره مرحله اول تاثير نگذاشت.براساس اين فرض ،برسي هايي وجود دارد كه فقط روي تمام تاثيرات پارامترهاي انتقال حرارت NGV تمركز دارند.
اولا”، مي خواهيم تاييد كنيم كه حضور يك روتور موافق جهت جريان روي خصوصيات انتقال حرارت

مرحله اول تاير چشمگيري نمي گذارد.Dunn تاثير روتور برروي توزيع هاي عدد استانتون را براي پره مخالف جهت جريان بررسي كرد. شكل ۲۰-۲ مقايسه اي بر روي اطلاعات پره به تنهايي و پره با روتور موافق جهت جريان در يك Tω/T=0.53 نشان ميدهد.دايره هاي پر شده براي اطلاعات پره تنهامي باشندو دايره هاي باز مربوط به اطلاعات استيج كامل هستند. مربع هاي پر شده اطلاعات اضافي درمورد پره فقط براي Tω/T=0.21 را نشان مي دهند. مقايسه دايره هاي باز با بسته

نشان مي دهد بر توزيع عدد استانتون تاثير نمي گذارد.با اين حال، تاثير كمي در سمت مكش نزديك دنباله لبه وجود دارد. وجود روتور عدد استانتون را تا ۲۵% نزديك دنباله لبه سطح مكش افزايش مي دهد. بدليل اينكه اين يك ناحيه كوچك در مقايسه با سطح پره كامل است،مي توان بيان كرد كه خصوصيات انتقال حرارت پره تحت تاثير حضور يك روتور در جهت موافق جريان نمي باشد.
۲٫۳٫۲- تاثير عدد ماخ خروجي و عدد رينولدز:
Nealy توزيع هاي انتقال حرارت بر روي پره هاي هدايت نازل بار گيري شده زياد را در دماي متوسط نشان مي دهد و سه پره تحت شرايط حالت يكنواخت قرار دارند. آنها پارامتر ها را تغيير دادند از قبيل عدد ماخ، عدد رينولدز، شدت آشفتگي و نسبت دماي ديوار به گاز. اطلاعات آزمايشگاهي در مجموعه كسكيد آيروترموديناميك در شركت موتور السيون بدست آمدند. Nealy نشان داد كه

مكانيزم هاي پايه اي وجود دارد كه بر انتقال حرارت گاز به فويل هوا تاثير مي گذارند. آنها رفتار زودگذر لايه مرزي ، آشفتگي جريان آزاد، انحناي سطح ايرفويل ،زبري سطح ايرفويل ، شيب فشار ، محل تزريق ماده خنك كننده، جدايش و اتصال مجدد جريان و اندر كنش لايه مرزي – شوك بصورت مكانيك هاي پايه بررسي كردندكه تاثيرات آنها لازم است بر انتقال حرارت فويل هوا تعيين شود.در اين بررسي آنها توجه خود را روي عدد ماخ كسكيد خروجي ،عدد رينولز و شكل ايرفويل متمركز كردند. شكل ۲۱-۲ پروفيل هاي سطح را براي در پره كسكيد نشان مي دهد. طرح هاي دو پره

موسوم به Mark ΙΙ وC3X داراي شكل هندسي سطح مكش كاملا” متفاوت مي باشند. آزمايشات روي اين دو طرح يك آگاهي نسبت به تاثير شكل هندسي سطح مكش برانتقال حرارت را فراهم كردند.
شكل ۲۲-۲ توزيع فشار استاتيك سطح بر دو پره را براي سه عدد ماخ خروجي متفاوت نشان مي

دهد. توزيع هاي فشار روي دو پره خيلي شبيه هم بودند (روي سطح فشار) . با اين حال ، تاثير پروفيل پره بر سطح مكش چشمگير است. يك شيب فشار معكوس قوي در سمت مكش پرهMark ΙΙ در فاصله سطح حدود ۲۰% وجود دارد. پره C3X يك شتاب تدريجي را نشان مي دهد. تاثير عدد ماخ خروجي بر سطح مكش هر دو پره چشمگير است.عدد ماخ خروجي بيشتر به يك سرعت بالاتر بر سمت مكش نزديك به دنباله لبه تبديل مي شود.

نشانه توزيع هاي فشار متغير سطح مكشي بر دو پره، توزيع هاي انتقال حرارت سطح اندازه گيري شده نيز خصوصيات مختلف را نشان مي دهند. شكل۲۳-۲ تاثير عدد ماخ خروجي بر توزيع هاي انتقال حرارت براي پره Mark ΙΙ را نشان مي دهد. از توزيع هاي فشار ، توزيع انتقال حرارت سطح توسط تغيير عدد ماخ خروجي تحت تاثير قرار نمي گيرد. ضرايب انتقال حرارت سطح فشار به سرعت از لبه هدايت كننده تا حدود ۲۰% فاصله سطح كم مي شود و سپس بطرف دنباله لبه بتدريج افزايش مي يابد. سطح مكش، توزيع هاي ضريب انتقال حرارت جدايش لايه مرزي لايه اي ، گذار و اتصال مجدد آشفتگي در فاصله سطح ۲۵% را نشان مي دهند.محل جدايش لايه مرزي لايه اي بنظر مي رسد در جهت مخالف جريان با كاهش عدد ماخ خروجي حركت نمايد. همچنين در جهت موافق جريان آن محل، ضرايب انتقال حرارت با كاهش اعداد ماخ خروجي بالاتر هستند. درناحيه

هايي كه كه لايه مرزي متصل باقي مي ماند، هيچ تاثير آشكار عدد ماخ خروجي وجود ندارد.
شكل ۲۴-۲ تاثير اعداد ماخ خروجي روي توزيع هاي انتقال حرارت سطح را براي پره C3X نشان مي دهد ، هيچ تاثير عدد ماخ خروجي بر سطح فشار وجود ندارد.ضريب انتقال حرارت به سرعت ازلبه هدايت كننده تاحدود فاصله سطح ۲۰% سقوط مي كند و بتدريج بطرف دنباله لبه زياد مي شود. ضرايب انتقال حرارت با افزايش فاصله سطح تا حدود فاصله سطح ۲۵% كم مي شود، سپس

ضرايب انتقال حرارت بدليل آغاز گذار از لايه مرزي لايه اي به آشفته زياد مي شود.گذار در فاصله سطح ۵۰% در جهت موافق جريان كامل مي شود در جايي كه ضرايب انتقال حرارت با افزايش ضخامت لايه مرزي آشفته، كاهش مي يابد. محل انتقال (گذار) نزديك به لبه هدايت بايك كاهش در عدد ماخ خروجي حركت مي كند.اين رفتار انتقال حرارت بر روي پره C3X از نوع توزيع نمونه مربوط به فويل هاي هوا ميباشد.
شكل ۲۵-۲ تاثير عدد رينولدز بر انتقال حرارت پره C3X را نشان ميدهد.شرايط جريان بر روي شكل نشان داده مي شود. محل انتقال(گذار) در سطح مكش نزديك به لبه هدايت كننده با يك افزايش در عدد رينولدز حركت مي كند.توزيع هاي انتقال حرارت سطح فشار تمايل به طرف يك رفتار زود گذر همانند مورد نشان داده شده در سطح مكش مي باشد.بطور كلي ، ضرايب انتقال حرارت سطح كل ايرفويل افزايش چشمگيررا با يك افزايش در عدد رينولدز نشان دادند.
اين بررسي جامع براي اولين بار در انتقال حرارت NGV انجام گرفت. خصوصيات انتقال حرارت خيلي وابسته به شكل هندسي پره است . تفاوت هاي قوي در توزيع هاي پره Mark ΙΙ و C3X و تاثيرات ساير پارامتر هابسيار آشكار هستند. اطلاعات بيشتر درباره اين بررسي در گزارش NASA ذكر شده است.

۲٫۳٫۳ – تاثير آشفتگي جريان آزاد:
يكي از تاثيرات اوليه انتقال حرارت پره ، آشفتگي جريان آزاد توليد شده در خروجي محفظه احتراق است. آشفتگي توليد شده توسط محفظه احتراق به افزايش انتقال حرارت كمك چشمگير مي كند. تأثير آشفتگي جريان آزاد روي انتقال حرارت پره بخوبي مستند سازي نمي شود.آشفتگي مي تواند بر انتقال حرارت لايه اي ، سطح فشار، انتقال زود گذر و انتقال حرارت لايه مرزي آشفته تاثير بگذارد.

Ames تاثير آشفتگي شبيه سازي شده توسط محفظه احتراق را بر انتقال حرارت پره توربين بررسي كرد.جزئيات بيشتر درباره آشفتگي و خصوصيات جريان مي تواننداز بررسي هاي Ames وplesniak بدست آيند.كسكيد چهار پره داراي فويل هاي هوايي در مقياس ۴٫۵ برابر پره هاي C3X بود.پروفيل

هاي پره يك بخش از خط مركزي نازل اولين استيج از يك موتور هلي كوپتر(بال گرد) شركت موتور

آليسون هستند. شكل هندسي پره شبيه به تركيب بندي پره C3X بكار رفته توسط Nealy اس

ت. Ames تاثيرات شدت آشفتگي و مقياس طول بر انتقال حرارت پره را بررسي كرند. Ames يك مولد آشفته كننده محفظه احتراق را توسعه داد كه مقادير آشفتگي و مقياس طول همراه با آن و موارد توليد شده توسط محفظه احتراق موتور واقعي يكسان بودند. شكل ۲۶-۲ طرح مولد(ژنراتور) آشفته كننده محفظه احتراق را نشان مي دهد.Ames سطوح متفاوت آشفتگي نزديك به پره ها براي حالت آشفتگي زياد و حركت دادن آن ساير حالت هاي تلاطم كم را نشان مي دهد.
شكل ۲۷-۲ شماتيكي از كسكيد چهار پره كه توسط Ames استفاده شد را نشان مي دهد.(۱۹۹۷)

شكل۲۸-۲ اطلاعات انتقال حرارت اندازه گيري شده براي يك Re =790000 را نشان مي دهد كه چهار وضعيت تلاطم متفاوت( بر اساس وتر محوري)را نشان ميدهد.چهار حالت كه براي آنها اطلاعات ارائه مي شوند عبارتند از (۱) يك حالت خط پايه كه Tu =1.1% و Lu=6.6 cm و (۲) يك آشفتگي شبيه سازي شده با محفظه احتراق كه Tu=12% و Lu=3.36cm (3)يك آشفتگي شبيه سازي شده با محفظه احتراق كه Tu=8.3% و Lu=4.26 cm و (۴) يك حالت آشفتگي توليد شده با شبكه در جايي كه Tu=7.8% و Lu=1.36 cm است. اطلاعات تلاطم زياد، اعداد استانتون قابل

توجه را براي حالت آشفتگي كم نشان مي دهند.ناحيه لايه اي شامل ناحيه دسته بندي شده، سطح فشار كلي وناحيه شيب فشار مطلوب سطح مكش است. گذار از سطح مكش رخ مي دهد كه در طي آن مقادير انتقال حرارت به سرعت زياد مي شود.جريان موافق بعدي اعداد استانتون با توسعه لايه مرزي آشفته كامل كاهش مي يابد. بااين حال ،با افزايش تلاطم جريان آزاد ، محل گذار

به طرف لبه هدايت كننده حركت مي كند. پس از گذار، شدت آشفتگي بالاتر به افزايش بعدي مقادير انتقال حرارت نمي انجامد.نتايج تاثيرمقياس طول تلاطم(Ln) را نشان مي دهند. آشفتگي توليد شده توسط شبكه شبيه به حالت آشفتگي توليد شده توسط محفظه احتراق كمتر است ولي

تفاوت در مقاديرمقياس طول وجود دارد.تلاطم مقياس طول بزرگ بنظر مي رسد كه افزايش انتقال حرارت كمتر از مقياس هاي طول كوچك را روي حالت خط مر كزي در مقادير تلاطم مشابه توليد مي كند. اين بررسي يك مورد قوي را براي محققان ايجاد كردتا آشفتگي جريان آزاد را همراه با مقياس هاي بزرگ در برسي هاي بعدي خودشان در نظر بگيرند. تاثير اين تلاطم در افزايش مقادير انتقال حرارت و همچنين ايجاد گذار لايه مرزي بر سطح مكش توسط بررسي فوق تاييد مي شود.
۲٫۳٫۴- تاثير زبري سطح:
يك ضريب كه باعث افزايش انتقال حرارت از NGV مي شود تاتثير زبري سطح است. در موتورهاي حقيقي ،زبري سطح پارامتري مي شود كه ناشي از پرداخت توليد اوليه و رسوبات موتور پس از چند ساعت عمليات است. رسوبات احتراق ممكن است زبري سطح پره را پس از چند ساعت عمليات ايجاد كند و اين زبري مي تواند براي عمر پره ناشي از مقادير انتقال حرارت افزايش يافته مخرب باشدكه خيلي بيشتر از شرايط طراحي هستند. Abuaf تاثيرات زيري سطح بر عملكرد آيروديناميك

و انتقال حرارت ايرفويل را نشان داده است اين امر يكي از اولين بررسي ها براي تمركز روي تاثيرات زبري سطح درانتقال حرارت پره بود. بررسي هاي قبلي در زبري سطوح تخت يا پره هاي روتور تمركز داشت. (اين امر بعدا” در اين فصل بحث خواهد شد).سه مقدار متفاوت زبري توسط Abuaf مطالعه شد.مقادير زبري با استفاده از يك ميكروسكپ تداخل روبشي مشخص شدند. ايرفويل هاي A توسط بخار و براده سنباده زني شده و با codep پوشانيده شد كه يك پوشش مقاوم در مقابل

اكسيداسيون است.ايرفويل B با بخار براده سنباده زده شد و سپس با آلومينيد رسوب يافته به روش بخار شيميايي پوشانيده شد(CVD) .فويل هواي C سنباده زني شد و سيقل يافت و با آلومينيدCVD پوشانيده شد وبالاخره مجددا” پوشش داده شد. بخشهاي انتخاب شده از سطوح ايرفويل با استفاده از ميكروسكوپ براي مقادير زبري انرازه گيري شدند. زبري ميانگين خط مركزي

(Ra) برابر با ۲٫۹۸ و ۰٫۹۴ و ۰٫۷۷ μm براي فويل هاي A وBوC بترتيب بدست آمدند.
شكل۲۹-۲ يك مقايسه از توزيع هاي ضريب انتقال حرارت را براي ايرفويل هاي A و B وC نشان مي

دهد. تاثير زبري سطح روي سطح فشار خيلي كم است. يك افزايش ملايم در مقاديرضريب انتقال حرارت براي ايرفويل هاي A با بالا ترين زبري وجود دارد. برسطح مكش ، تاثير قوي است و با محل گذار منتقل شده به لبه هدايت كننده براي ايرفويل همراه بوده است. تاثير زبري سطح مكش در ناحيه آشفتگي كامل سطح مكش آشكار است. بنظر مي رسد كه زبري سطح بر ضرايب انتقال

حرارت وتشديد لايه مرزي بر مكش سطحي ايرفويل تاثير مي گذارد. زبري سطح بالاتر باعث گذار زود هنگام شده و منجر به اين عقيده مي شود كه زبري سطح براي عمر پره مخرب است. طراحان به پرداخت و سيقل دادن سطح ايرفويل هاي هوا نياز دارنددر حاليكه احتمالات سرد كردن در نظر گرفته براي NGV ها را بررسي مي كنند.

يك عمل ديگر وجود دارد كه بايد در نظر گرفته شود. تركيب آشفتگي جريان آزاد در تركيب با زبري سطح ممكن است تاثير واحد زبري را خنثي كند. اگر تاثير زبري سطح بر انتقال حرارت پره قبلا” تحت تاثير آشفتگي زياد جريان آزاد بصورت جزئي و نموي باشد، آنگاه زبري سطح بصورت يك عامل ممكن است يك تاثير ثانوي باشد. Hoffs اندازه گيري هاي انتقال حرارت بر روي ايرفويل هاي توربين را تحت شرايط زبري سطح زياد و آشفتگي جريان آزاد بالاتر انجام داد. تاثيرات زبري سطح توسط پوشش

كريستال مايع در بررسي آنها تعيين شدند. سطح كريستال ماي پوشش يافته بصورت طبيعي بر سطح زبر با مقدار زبري سطح Rz =25 μm عمل كرد. براي سطح هموار، سطح پوشش يافته با كريستال مايع با كاغذ سنباده بسيا ريز سيقل يافت تا شرايط سطح قابل تكرار و هموار بدست آيد. مقدار زبري سطح Rz برابر با ۱۵ μm است. مقادير آشفتگي بالاتر با استفاده از جريان مخالف توليد كننده آشفتگي كسكيد ايرفويل توليد شدند.
شكل ۳۰-۲ ضرايب انتقال حرارت، مربوط به تاثير آشفتگي جريان آزاد و همچنين افزودن زبري سطح

براي يك حال آزمايشي ايرفويل نشان داده ميشود: اولين مورد براي يك سطح هموار با Tu=5.5% است، دومين مورد براي يك سطح همواربا Tu= 10% است،سومين حالت براي سطح زبر در Tu=10% است، مقايسه دومورد اول براي سطح هموار ، آشكار است كه ضرايب انتقال حرارت برروي سطح فشار ناشي از افزايش تلاطم ،زياد ميشود.نتايج سطح مكش نشان مي دهند كه محل گذار در جهت مخالف جريان حركت كرده است كه ناشي از افزايش تلاطم جريان آزاد از S/L=1.0 تا S/L=0.25 است. اين نمونه نتايج اي است كه قبلا” براي يك پره توربين كلاسيك بحث گرديد. سطح فشار تحت تاثير صيقل بودن سطح در آشفتگي بالا نمي باشد. ضرايب انتقال حرارت افزايش يافته قبلي ناشي از آشفتگي جريان آزاد تحت تاثير زبري سطح نمي باشند. بااين حال، تاثير بر سطح مكش چشمگير است. محل اتقال بنظر نمي رسد كه تحت تاثير سطح زبر باشد. اين طول انتقال است كه شديدا” توسط افزودن زبري سطح كاهش داده مي شود.تركيبي از زبري سطح با آشفتگي جريان آزاد زياد باعث مي شود كه لايه مرزي اتقال را سريعتر از حالت آشفتگي جريان آزاد طي نمايد. Bunker همچنين تاثير آشفتگي جريان آزاد و زبري سطح بر روي پره ها را بررسي كرد. بررسي او نتايج مشابه اي را نشان مي دهد.
۲٫۳٫۵- انتقال حرارت پره كسكيد آنولار :
مارتينز- بوتاس از يك تونل باد و يك كسكيد NGV آنولار براي اندازه گيري هاي انتقال حرارت استفاده كرد. تونل باد به تفصيل توسط Baines ارائه مي شود.يك تونل انتقال حرارت سرد (CHTT) ابتدا توسط مارتينز-بوتاس استفاده گرديد. در اين تونل سيال اصلي لازم نيست گرم شود.NGV گرم مي شودو ناگهان در داخل تونل باد قرارگرفته مي شود. ضرايب انتقال حرارت توسط ثبت دماي پره متغير با استفاده از روش كريستال مايع زودگذر اندازه گيري مي شود.

 

براي اجزاي آزمايش انتقال حرارت زودگذر ،NGV ها قبل از حركت توسط جداسازي كاست انتقال حرارت پيش گرم مي شوند( شكل ۳۱-۲)كه شامل چهار معبر با استفاده از يك مكانيز شاتر(shutter) است. شاتر در طي حركت حذف(برداشته) مي شود هنگامي كه آزمايش زود گذر آغاز مي شود.
شكل ۳۲-۲ توزيع عددماخ ايزنتروپيك را بر روي NGV در سه محل دهانه متفاوت ۱۰% و ۵۰% و۹۰% نشان مي دهد.اطلاعات يك شيب فشار شعاعي(نوك به مركز) به طرف داخل را نزديك به پشت فويل هوا نشان مي دهد.
شكل ۳۳-۲ توزيع عدد نوسلت(nusselt) آزمايشي را در وسط فويل هوا نشان مي دهد. بالاترين مقدار انتقال حرارت از دنباله لبه برروي سطح فشار رخ مي دهد. برروي سطح مكش ،ماگزيمم در سطح ۸% رخ مي دهد و براي يك فاصله سطح بزرگتر از ۲۰% ثابت باقي مي ماند. بر سطح فشار، عدد نوسلت در ابتدا كم مي شود وسپس به تدريج دورتر از ۱۵% فاصله سطح به طرف دنباله لبه بطور پيوسته افزايش مي يابد.يك پيش بيني انتقال حرارت لايه مرزي ۲ بعدي نيز براي مقايسه لحاظ مي شود.
شكل ۳۴-۲ توزيع ضريب انتقال حرارت بر سطح فشار ومكش هر دو را نشان ميدهد. ضرايب انتقال حرارت به طرف دنباله لبه زياد مي شود همينطور كه در شكل ۳۳-۲ ديده مي شود. سطح مكش تغييرات قوي رانشان مي دهد.نواحي انتقال حرارت زياد نزديك به نوك در لبه هدايت كننده وجود دارند كه توسط يك ناحيه انتقال حرارت كم دنبا مي شوند در جايي كه ممكن است جدايش رخ دهد. تاثيرات ديوار انتهايي حاصل
در معبروگردابها ممكن است باعث تغييرات قوي برروي سطح مكش گردد. جزئيات بيشتر درباره تاثيرات ديواره انتهاي در بخش ۲٫۵ نشان داده مي شوند.
۲٫۴- انتقال حرارت پره كسكيد:
۲٫۴٫۱- مقدمه
وقتي كه جريان از داخل معبر هاي NGV عبور مي كند، شدت آشفتگي جريان آزاد بدلايل افزايش جريان در راخل گلويي پره كم مي شود. تاثيرات آشفتگي جريان آزاد كاهش يافته بر انتقال حرارت پره روتور مانند تاثيرات آشفتگي جريان آزاد بر روي انتقال حرارت پره قابل توجه نمي باشد.بطور نمونه، مقادير آشفتگي جريان آزاد در حدود ۱۵ تا ۲۰% در لبه هدايت كننده پره استيج اول هستندو

بدليل افزايش سرعت جريان در معبر پره. شدت آشفتگي در لبه هدايت كننده پره روتور مرحله اول تحت تاثير پارامتر مهم مهم ديگر است: يعني تاثير عدم يكنواختي در جريان . عدم يكنواختي جريان از حركت نسبي رديف هاي پره روتور نسب به رديف هاي پره ثابت ناشي ميشود.شكل ۳۵-۲ يك ديدگاهي مفهومي از انتشار مسير غير يكنواخت در داخل يك رديف پره روتور را نشان مي دهد.نواحي سايه خورده نشان ميدهد كه در كجا عدم يكنواختي توسط ايرفويل هاي هوايي

جريان مخالف ايجاد مي شود.براي يك پره استيج اول ،مولفه هاي اصلي عدم يكنواختي كه توسط Doorly ارائه شد به اين شرح مي باشند:
(۱) عبور جريان –جريان خروجي از رديف پره مخالف جريان در جهت محيطي بدليل مسير هاي سايه خورده در دنباله لبه پره هاي مخالف جريان بصورت غير يكنواخت است. اين مسير ها پره ها را در معرفي يك سرعت جريان تناوبي و ميدان آشفته قرار مي دهد. زيرا دوران نسبي رديف ها باعث مي شود كه پره ها در جهت موافق جريان اين مسيرها حركت كنند.
(۲) عبور موج شوك-(براي توربين هاي فقط تراسونيك) امواج شوك توسط يك رديف پره تراسونيك توليد مي شود كه برروي رديف پره موافق جهت جريان توليد مي شوند، اينها علاوه بر تاثير مسير مي باشد.
(۳) اندر كنش هاي جريان پتانسيل- تغييرات پريودي در ميران پتانسيل توسط حركت نسبي رديف هاي پره و تيغه ايجاد مي شوند.افزايش رديف پره مي تواند اين نوع تاثير را كاهش دهد.
(۴) آشفتگي زياد انرژي اضافي- اين امر مقدار آشفتگي جريان آزاد دست كم ممكن استدر داخل معبر پره ايجاد شود.
۲٫۴٫۲ – آزمايشات شبيه سازي مسير غير يكنواخت:
آزمايشات شبيه سازي مسير يك سازگاري بين استفاده از مولفه هاي ثابت يا گردان ميباشد.جريان غير يكنواخت توليد شده توسط پره در جهت مخالف جريان كه برروي روتور در جهت موافق جريان بر خوردمي نمايد با استفاده از يك كسكيد پره ثابت (بي حركت) ويك ژنراتور جريان مخالف جهت اصلي شبيه سازي مي شود.آزمايشات شبيه سازي نوعا” از يك ژنراتور چرخ پره دار و درحال گردش بايك ژنراتور قفسه اي سنجابي و در حال گردش در جهت مخالف جريان كسكيد پره ثابت استفاده كردتا

حركت نسبي دنباله لبه هاي پره را شبيه سازي كند. شكل۳۶-۲ طرحي از ژنراتور قفسه سنجابي رانشان مي دهد. حركت نسبي ميله ها برروي ژنراتور باعث ايجاد جريانهاي مي شود كه بر كسكيد پره در جهت موافق ضربه مي زند.
Guenette اعتبار استفاده از شبيه سازي ميله گردان را با مقايسه خصوصيات بدست آمده با شبيه سازي هاي ميله روتور در جهت جريان مخالف را نشان مي دهد.آنها اطلاعات بدست آمده از سطح مكش يك پره روتور با اطلاعات كسكيد عبوري ۲ بعدي در دو محل متفاوت از x/s =0.1 و ۰٫۳۱بر روي سطح پره نشان ميدهد.شكل۳۷-۲ مقايسه در x/s =0.31 رانشان مي دهد.اندر كن

ش هاي غير يكنواخت اندازه گيري شده براي روتور و كسكيد مشابه هستند.با اين حال، دسته هاي مضاعف براي روتور كارآمد تر از كسكيد ۲ بعدي هستند. Guenette اشاره كرد كه اندر كنش هاي ناپايدار اين مسير و تيغه براي روتورقوي تر از كسكيد ۲ بعدي هستند اگرچه آنها از لحاظ طبيعت مشابه مي باشند.اطلاعت غير يكنواخت براي كسكيد ۲بعدي از يك بررسي توسط Do

orly وold field بدست آمدند.
Doorly و Old field تاثيرات موج شوك و عبور مسير بر يك پره روتور توربين را شبيه سازي كردند. آنها از يك ژنراتور چرخ ميله داربراي توليد موج شوك و عبور از مسير استفاده كردند.شكل ۳۸-۲ سابقه زماني يك مسير جدا شده و موج شوك عبور كننده برروي تعدادي از حالت هاي متوالي را نشان مي دهد.مسير هاي انتقال حرارت براي محل هاي اندازه گيري متفاوت نيز رسم مي شوند. تمام سنجه ها برروي سطح مكش پره از لبه هدايت كننده تا محل گلويي قرار داده مي شوند(۱۱-۱). موج شوك با خطوط پر رنگ نشان داده مي شود. انتشار موج شوك از لبه هدايت كننده تا دنباله لبه معبر بطور واضح نشان داده مي شود. همچنين ، مسير سايه خورده توسط ميله گردان يك نارسايي سرعت تناوبي باعث مي شود كه معبر پره را در بر ميگيرد هنگامي كه ميله هادر جلوي كسكيد عبور مي كنند. انتشار اين ناحيه كمبودسرعت در مسيرهاي زماني ، بطور واضح نشان داده مي شود. به گزارش Doorly وold field ، تاثير اصلي مسير هاي تناوبي عبارتند از تاثير گذار لايه مرزي بر روي سطح مكش پره موافق جريان مي باشد.انتقال حرارت بر سطح پره به شدت تحت تاثير مسير هاي ناشي از توليدمنطقه آشفتگي و همچنين انتقال سريع(گذار) مي باشد.بر خورد موج شوك جدا شده (ايزوله شده) بر يك لايه مرزي لايه اي ديگر برسطح مكش يك حباب جدا توليد كرد.انتقال حرارت بسيار سريع همراه با شوك توسط يك مسير آشفته ( در پست حباب) ايجاد شد. تاثير امواج شوك كه بطور همزمان با مسير ها عمل مي نمايند مسيرهاي لايه مرزي آشفته را توليد مي

نمايدكه يك لايه مرزي آشفته پيوسته را تشكيل مي دهد.اندر كنش مسير و شوك تركيبي بر لايه مرزي خيلي پيچيده است و Doorly وashworth شرح دقيقي از اين پديده ارائه كردند.
Ashworth(1985) تاثيرات اندر كنش هاي مسير از يك پره هدايت نازل مخالف جريان را بر يك جريان پره روتور و انتقال حرارت بررسي كرد.اوو همكاران اش يك سيستم مسير متحرك را توسط يك مولد مسير چرخ ميله دار شبيه سازي كردند.آنها انتقال حرارت موضعي را با استفاده از سنجه هاي جريان حرارت در ۲۲ محل در امتدادسطح تيغه اندازه گرفتند.شكل ۳۹-۲ توزيع هاي انتقال حرارت بدست آمده براي شرايط آشفتگي جريان آزاد ۴% و۸% با اندركنش هاي مسيرناپايداررا نشان مي دهد.سيگنالهاي بعضي ازسنجه هاي جريان حرارت موضعي بر روي سطح شكل نشان داده مي شوند. مقايسه هاي انتقال حرارت بصورت خطوط پر رنگ نشان داده مي شوند. بنظر مي رسد كه

ضرايب انتقال حرارت در امتدادپره شديدا”براي Tu =0.8% در امتداد سطح پره افزايش مي يابند. بيشترين افزايش ها در نزديك پره هدايت كننده مشاهده مي شوند. انتقال محل گذار به طرف لبه هدايت كننده براي معبر با اندر كنش هاي مسير قابل توجه مي باشد. حضور مسيرناپايدار باعث گذار لايه مرزي زود هنگام مي گردد.بايك افزايش در آشفتگي جريان آزاد،تاثيرات مسير ناپايدار قابل توجه نمي باشند. مقدار آشفتگي جريان آزاد بدون مسير، انتقال حرارت در امتداد سطح پره را افزايش داده و همچنين گذار زود هنگام برسطح فشار را موجب مي گردد.تاثير افزودن مسير ناپايدار فقط جزئي است.

Dullenkopf اندازه گيري هاي انتقال حرارت زماني متوسط را با استفاده از يك ژنراتور چرخ ميله دار شبيه سازي شده آزمايشگاهي انجام داد.كسكيد شامل پنج پره در مجموعه آزمايش گاز داغ ادغام مي شود. گاز داغ توليد شده توسط يك محفظه احتراق از داخل يك شبكه آشفته و يك ژنراتور مسير گردان عبور مي كند.جزئيات بيشتر درباره دستگاه آزمايش مي تواند از مقالات Wittigو Dullenkopf بدست آيد.Dullenkopf اندازه گيريهايي بوسيله سيم داغ را انجام دادو سيگنال هاي سرعت رابا گردش ژنراتورمسير ثبت كرد.اندازه گيري ها در مدخل ورودي كسكيد پره انجام شدند. يك سيگنال سيم داغ از يك مسير عبور كننده در جهت مخالف جريان كسكيد در شكل ۴۰-۲ ديده مي شود.

سيگنال بطور واضح كاهش سرعت هر ميله عبوري را نشان مي دهد كه باجريان معمولي بين ميله ها دنبال مي شود. پارامترهاي مهم شبيه به سرعت وابسته به زمان υ(t) از متغير تناوبي (t)

تشكيل گرديدند ونوسانات سرعت ′(t) در شكل ۴۱-۲ ديده مي شوند.
تحليل معدل گيري براي بدست آوردن توزيع هاي آشفتگي ميانگين گيري شده در زير شرح داده مي شود.توزيع مولفه نوسان كننده آشفتگي برروي يك فاصله توسط معادله زير ارزيابي مي شود:
′ (t ) =
شكل ۴۲-۲ ارزيابي توزيع آشفتگي معدل گيري شده را نشان مي دهد.
شكل۴۳-۲ ضريب انتقال حرارت را بركل پره براي شرايط متفاوت نشان ميدهد.
عدد رينولدز بر اساس وتر پره ۳۸۰۰۰۰ براي شش وضعيت مختلف بود: بدون ميله ۴ ميله،۷ ميله، ۱۴ ميله، ۲۸ ميله و حالت آشفتگي كامل با آشفتگي توليد شده توسط شبكه به ميزان

۸%،فركانس گردش مسيرf(ω) و مدت دوام مسير (dw) براي هر مسير داده مي شوند. مدت دوام نسبي مسير برابر با نسبت زمان دوام مسير به پريودعبور مسير است. بامشاهده حالت هاي مختلف واضح است كه ضريب انتقال حرارت سطح مكش براي هر حالت بدليل گذار لايه مرزي قبلي بالاتر هستند.محل گذار با افزايش فركانس مسيردر جهت مخالف جريان به طرف لبه هدايت كننده نزديك مي شود. محل گذار از يك فاصله سطح ۱٫۰~s/l به حدود۰٫۳ براي بالاترين فركانس مسير حركت مي كند.حالت آشفتگي توليد شده توسط شبكه داراي يك محل گذار در حدود ۰٫۲~s/l مي باشد. Dullenkopf نشان داد كه ناحيه آشفته و مسير جريان آزاد در خارج از لايه مرزي بطور مستقل عمل مي كنند هنگامي كه گذار توسط مسير در هر محل آغاز مي شود.توزيع ضريب انتقال حرارت ميانگين زماني حاصل از كسر زمان آشفته و لايه اي تشكيل مي شود،كه در آن كسر زمان آشفته در طول سطح افزايش مي يابد. اين امر افزايش طول زود گذر در مقايسه با حالت خط پايه (بدون ميله ها) را نشان مي دهد.سطح فشار يك تاثير كمتر در مقايسه با تاثيرسطح مكش را نشان مي دهد. اين امر ممكن است رخ دهد زيرا intermittency ايجاد شده توسط مسير تقريبا” ثابت است. جزئيات بيشتر در باره تاثيرات intermittency موضعي در بخش بعدي بحث خواهد گرديد.
۲٫۴٫۳- پيش بيني هاي انتقال حرارت تحت تاثير مسير:
همانطور كه در بالا شرح داده شد، يكي از دلايل اصلي جريان ناپايدار در توربين هاي گاز عبارتند از انتشار مسير ها ازايرفويل هاي هوايي در جهت مخالف جريان مي باشد. اين مسير ها جريان آزاد را با يك سرعت ناپايدار پريودي ، دما و شدت آشفتگي اعمال مي كنند. كاهش سرعت همراه با مسير ممكن است يك جريان همرفتي را بطرف سطح يا مخالف آن ايجاد نمايد.مسير ها يك گذار لايه مرزي لايه اي به آشفته ناپايدار زود هنگام را ايجاد مي كنند تا در طرف مكش اتفاق بيافتند. انتقال حرارت همراه با جريان ناپايدار بطور واضح گذار لايه مرزي زود هنگام را نشان مي دهد(شكل۴۳-۲).
در اين بخش ،ما بر روي نظريه Mayle ومحققان همكاراوتمركز مي نماييم تا انتقال حرارت بر سط

ح را تحت تاثيرعبور مسير ناپايدار پيش بيني نماييم.Mayle تاثير گذار آشفته لايه اي را در طراحي موتور توربين گاز نشان داد و پيشنهادهايي با ارزش براي بررسي هاي بعدي ارائه كرد.او يك شرح عمومي از گذار و شكل هاي مختلف آن ارائه كرد و نكات نظري و عملي را براي هر حالت گذار امتحان نمود.
Mayle و Dullenkopf يك توزيع موج مربعي شكل را براي تابع توليد نوار آشفته فرض كردند ويك نرخ توليد را آزمايشات ارزيابي نمودندآنها به يك عبارت ساده دست يافتند:

U سرعت برخورد ايرفويل است و τ پريود عبور مسير مي باشد.Mayle وdullenkopf به عبارت زير پس از تركيب عبارت هاي قبلي دست يافتند:

و محل هايي برروي سطح هستند در جايي كه intermittency برابر با ۰۷۵ و۰٫۲۵ است، زمان دوام مسير برروي محل، و پريودعبور مسير مي باشد.
شكل ۴۵-۲ نتايج حاصل از كارهاي Pfeil وherbst ، Dring وwittig را با مقادير حاصل از نظريه فوق مقايسه كردند.توافق با تمام سه بررسي خيلي خوب است.Mayle مقايسه هاي بين اطلاعات انتقال حرارت آزمايشي (تجربي) و پيش بيني هايي براساس مدل Mayle-Dullenkopf را در شكل ۴۶-۲ نشان مي دهد. با اين حال ، آغاز گذار از سنجش هاي آزمايشي تعيين شدند تا مدل گذار را بكار ببرند و ضرايب انتقال حرارت را محاسبه نمايند. Han بعضي مقايسه ها را بين مدل گذار Mayle- Dullenkopf و آزمايشات انتقال حرارت آنها را با استفاده از يك ژنراتور مسير چرخ – ميله دار نشان مي دهند.
۲٫۴٫۴ – تاثيرات مركب آشفتگي جريان آزاد و مسير ناپايدار:
Han در دانشگاه A&M تگزاس تاثيرات مسير ناپايدار را در تركيب با آشفتگي جريان آزاد بالاتر بر ضرايب انتقال حرارت در يك پره روتورمطالعه كردند. آنها تاثيرات اوليه مسير ناپايدار و آشفتگي جريان آزاد را مطالعه كردند و سپس هر دو تاثير را تركيب نمودند و آن را با تاثيرات اوليه مقايسه كردند. مسير هاي مخالف جريان با استفاده از ژنراتور چرخ- ميله دار مطابق شكل ۴۷-۲ توليد شدند.ژانگ و هان يك شدت آشفتگي ميانگين ( ) را براي تعيين آشفتگي توليد شده توسط تركيب آشفتگي جريان آزاد و ناپايدار تعريف نمودند. جزئيات بيشتر توسط ژانگ و هان ارائه مي شود.
شكل ۴۸-۲ تاثير استحكام مسير ناپايدار بر ضرايب انتقال حرارت سطح پره از مطالعه هان و ژانگ را نشان مي دهند.تاثير افزايش استحكام مسير آشكار مي باشد.با افزايش استحكام مسير محل گذار بر سطح مكش به طرف لبه هدايت كننده حركت مي كند.دو حالت اضافه، در جايي كه آشفتگي جريان آزاد ۰٫۷% است و يك آشفتگي توليد شده توسط شبكه به مقدار ۵٫۷% نيز لحاظ مي شوند. تمام حالت هاي مسير داراي يك آشفتگي توليد شده توسط شبكه در جهت مخالف جريان با ۵٫۷% بودند. خطوط پر رنگ روي سطح مكش پيش بيني هايي براساس روش بحث شده قبلي هستند.مقادير ، محل آغاز براي گذار ناشي از مسير ،۰٫۲۵ c،۰٫۲ c و ۰٫۱۵ c براي s

=۰٫۱ و۰٫۲ و۰٫۳ مي باشند.(وتر فويل هوا مي باشد)، نتايج يك انطباق خوب را در ناحيه موافق جريان آغاز گذار نشان مي دهند. با اين حال ، در جهت مخالف جريان گذار ، نظريه مقادير انتقال حرارت را كمتر از مقادير واقعي پيش بيني مي كند. نتايج فوق براي نشان دادن توانايي نظريه گذار Mayle براي پيش بيني مقادير انتقال حرارت معدل گيري شده زماني براي پره ها تحت تاثيرات مسير ناپايدار ، ارائه مي شوند.
شكل ۴۹-۲ سه حالت را مقايسه مي كنددر جايي كه آشفتگي به شيوه هاي مختلف ايجاد م

ي شود ولي شدت آشفتگي ميانگين تمام سه حالت در مشابه است.
هر حالت داراي مقادير آشفتگي توليد شده توسط شبكه متفاوت و استحكام هاي مسير مخالف مي باشد.با اين حال ، ضرايب انتقال حرارت معدل گيري شده زماني براي شيوه توليد آشفتگي،شديدمي باشند. خصوصيات آشفتگي براي سه حالت متفاوت خواهند بود، اما شدت آشفتگي ميانگين آنها هنوز يكسان است. اين نتايج نشان مي دهدكه خصوصيات آشفتگي ممكن است خيلي مهم نباشد اگر شدت آشفتگي ميانگين بتواند شبيه سازي گردد تا تقريبا” همانند شدت از يك معبر پره موتور توربين گاز باشد.شكل ۵۰-۲ تاثير استحكام مسير ناپايدار در جهت مخالف جريان براي يك آشفتگي جريان آزاد ورودي را نشان مي دهد (Tu=17.2%) . اعداد استروهال برهم نهاده شده براي آن موارد عبارتند از ۰٫۱ ، ۰٫۲، ۰٫۳ مي باشند. شدت هاي آشفتگي ميانگين محاسبه شده در ورودي كسكيد برابر با ۲۰٫۹% و۲۱٫۱% و ۲۱٫۲% مي باشند. توزيع هاي عدد نوسلت شدت كم را براي تغيير در عدد استروهال نشان مي دهند. نتايج در شكل فوق نسبتا” مهم هستند زيرا آنها نشان ميدهند
كه فركانس در جهت مخالف جريان هيچ تاثير ندارد و هنگامي كه جريان آزاد شديدا” آشفته باشد(Tu=17.2%) .

Du از همان آزمايش Han استفاده كرد وتاثير اضافه خروج دنباله لبه پره در جهت مخالف جريان را با مسير ناپايدار بر ضريب انتقال حرارت پره در جهت موافق جريان بررسي كردند. خروج ماده سرد كننده توسط تزريق ماده سرد كننده از سوراخ هاي مختلف بر روي ميله ژنراتور بدست آمد. آنها ضرايب انتقال حرارت را روي پره با استفاده از يك روش كريستال مايع زودگذر اندازه گرفتند. تاثير خالص عبارتست از افزايش ضرايب انتقال حرارت برروي فشار و شطح مكش در اطراف ناحيه لبه هدايت كننده بود. شكل ۵۱-۲ تاثير مسير ناپايدار ، آشفتگي جريان آزاد و خروج ماده سرد كننده برتوزيع انتقال حرارت يك پره روتور توربين نشان مي دهد.حالتهايي براي يك تونل باد( حالت۷، ، مسير ناپايدار(حالت ۸ ، ) ، شبكه و مسير( حالت ۹ ، ) ، شبكه مسير و سرعت دمش جت

خروجي M=0.25 (حالت ۱۰، و بالاخره شبكه،مسير و جت خروجي M=0.5 (حالت۱۱ ، ) را مقايسهمي كند.افزودن تاثير مسير خودش محل گذار در حركت سمت از X/SL =0.5 تا X/SL =0.25 را ايجاد مي نمايد. با افزودن آشفتگي شبكه جريان آزاد، يك حركت بعدي محل گذار مخالف جهت جريان وجود دارد.تاثيير جت يا سطح مكش عبارتند از افزايش انتقال حرارت در جهت مخالف جريان محل گذار تا ۲۵% است(در مقايسه با حالت بدون خروج جت(مورد۹)).تاثير جت در نواحي كاملا” آشفته و گذار ناچيز مي شود.انتقال حرارت سطح فشار هيچ افزايش چشمگيري را مطابق آنچه كه برروي سطح مكش ديده مي شود ،نشان نميدهد.
با اين حال،يك افزايش تا۱۵% در مقادير انتقال حرارت در ناحيه نزديك به لبه هدايت كننده وجود دارد.
Dunn نتايج مشابه را از آزمايشات مدل موتور روتور- استاتور گزارش كرد. ممكن است نتيجه گرفته شودكه افزودن خروج دنباله لبه عبارتند از جبران كاهش سرعت ناشي از مسير مي باشد كه باعث يك افزايشدر سرعت جريان اصلي برخورد كننده است و يك پروفيل شدت آشفتگي يكنواخت تر را توليد مي نمايد.

۲-۵ – انتقال حرارت ديوار انتهايي ايرفويل:
۲٫۵٫۱- مقدمه:
ناحية ديوارة انتهايي ايرفويل ناحية پيچيده‌اي است براي تحليل، كه توسط مهندسان توربين گاز بكار برده مي‌شود. ديوار انتهايي يك بخش بزرگ از سطح خنك شونده را در يك نسبت جنبة كم مدرن ،با طراحي صلبيت كم را نشان مي‌دهد. با افزايش دماها و فشارهاي ورودي توربين ،مسئلة خنك كردن ديوار انتهايي چشمگير شده است.

ناحية ديوار انتهايي يك ناحية پيچيده ناشي از حضور جريان‌هاي ثانوي سه بعدي مي‌باشد. York در سال ۱۹۸۴ نشان داد كه خصوصيات ضروري مسئله ديوار انتهايي عبارتند از:
وجود شيب‌هاي فشار و دما در جريان ورودي كه جريانهاي ثانوي را به صورت برگشت‌هاي جريان در معبرهاي پرّه موجب مي‌شود.
حركت لاية مرزي در لبة هدايت كنندة هر ايرفويل ،در داخل يك گرداب مجزا كه در داخل معبر همرفت مي‌شود.
لايه‌هاي مرزي سه بعدي بر روي ديوار انتهايي با مؤلفه‌هاي جريان عرضي بزرگ كه توسط شيب‌هاي فشار جريان عرضي قوي ايجاد مي‌شود.
اندركنش مارپيچ در گوشة ديوار انتهايي- سطح مكشي.
براي درك عبارت‌هاي فوق، شخص بايد ميدان جريان ديوار انتهايي را درك نمايد. تعداد زيادي از بررسي‌هاي بر روي ميدان جريان ديوار انتهايي در تلاش براي درك ساختارهاي جريان ثانوي و انتقال حرارت مربوطه متمركز شده‌اند.
۲٫۵٫۲ – توصيف ميدان جريان:
wang در سال ۱۹۹۷ مدل‌هاي ثانوي گوناگون منتشر شده، درباره ميدان جريان نزديك به ديوار انتهايي يك پرّه توربين را خلاصه كرد. Langston در سال ۱۹۸۸ ، Sharma و Butler (1987) و Goldstein و Spons (1988) سه مدل نمايندة اصلي را نشان دادند. شكل ۵۲-۲ ميدان جريان خلاصه شده توسط Langston را نشان مي‌دهد. عكس تكامل تدريجي و توسعة دو ساق مارپيچ و يك مارپيچ معبر را نشان مي‌دهد. شكل ۵۳-۲ يافته‌هاي Sharma و Butler را خلاصه مي‌كند. آنها نشان مي‌دهند كه مارپيچ در سمت فشار به يك مارپيچ معبر تبديل مي‌شود و به طرف مارپيچ در سمت مكش نزديك مي‌گردد. مارپيچ‌ها جريان لاية مرزي را بطرف نوك ايرفويل حمل مي‌نمايند.Goldstein و Spons نتايج خودشان را دربارة ميدان جريان ديوار انتهايي ارائه كردند.

شكل ۵۴-۲ الگوي مارپيچ مشروح توسط Goldstein و Spons را نشان مي‌دهد. شكل تمام مارپيچ‌هاي فعال را نشان مي‌دهد. جريانهاي ثانوي از ناحية ديوار انتهايي اساساً نتيجة دو شيب فشار اصلي در معبر پره مي‌باشند. تغيير فشار در معبر توسط توزيع سرعت لاية مرزي و تجمع جريان بر روي پره ايجاد مي شود. اين تغييرات فشار جريان را بطرف ديوار انتهايي جلو مي برد و آن را به داخل دو ساق مارپيچ لبة هدايت كننده به پيش مي راند. زاوية برگشت جريان بين ايرفويلهايك

شيب فشار قوي را در معبر بوجود مي‌آورد. اين شيب بر روي مسيرهاي دو ساق مارپيچ و همچنين جريان با مومنتوم (اندازة حركت) كم در مجاورت ديوار انتهايي تاثير مي‌گذارد. اين تغيير، يك جريان را بر روي سطح فشار (رو به پايين) و يك جريان بر روي سطح مكش (رو به بالا) را موجب مي‌شود. مارپيچ ساق سمت فشار با جريان مومنتوم كم نزديك به ديوار انتهايي تركيب مي‌شود و مارپيچ معبر را بوجود مي‌آورد. مارپيچ معبر از لبة هدايت كنندة سمت فشار به طرف لبة دنبالة سمت مكش ايرفويل مجاور در معبر جابجا مي‌شود. اين مارپيچ (بر چسب ۳) ديوار انتهايي نزديك به سمت مك

ش را بلند مي‌كند و در امتداد سمت مكش مي‌چسبد، هنگامي كه به موافق جريان در معبر عبور مي‌نمايد. مارپيچ سمت مكش ( با برچسب۲) نزديك به ديوار انتهايي باقي مي‌ماند تا اينكه به خط جدايش در سمت مكش مي‌رسد و سپس ديوار انتهايي را بلند مي‌كند و در امتداد سمت مكش در جهت موافق جريان ادامه مي‌يابد.
مارپيچ سمت مكش در اطراف مارپيچ معبر مي‌پيچد. اين محل پيچيدن در محل‌هاي مختلف براي شكل‌هاي هندسي كاسكاد مختلف رخ مي‌دهد. همچنين مارپيچ‌هاي با مومنتوم كم ديگري وجود دارند كه موسوم به مارپيچ‌هاي گوشه مي‌باشند. همچنين يك مولفه رو به پايين از سرعت در طرف فشار به طرف ديوار انتهايي وجود دارد كه ممكن است مارپيچ معبر را به طرف سمت مكش به جلو براند.