Effect of Secondary Flows on Heat Transfer of a Gas Turbine Blade
- 1. Benha University
Description
This study presents experimental and numerical investigation for three-dimensional heat transfer characteristics in a turbine blade. An experimental setup was installed with a turbine cascade of five-blade channels. Blade heat transfer measurements were performed for the middle channel under uniform heat flux boundary conditions. Heat was supplied to the blades using twenty-nine electric heating strips cemented vertically on the outer surface of the blades. Distributions of heat transfer coefficient were obtained at three levels through blade height by measuring surface temperature distribution using thermocouples. To understand heat transfer characteristics, surface static pressure distributions on blade surface were also measured. Numerical investigation was performed as well to extend the investigation to locations other than those measured experimentally. Three-dimensional nonisothermal, turbulent flow was obtained by solving Reynolds averaged Navier-Stokes equations and energy equation. The shear stress transport model was employed to represent turbulent flow. It was found through this study that secondary flow generated by flow deflection increases heat transfer coefficient on the blade suction surface. Separation lines with high heat transfer coefficients were predicted numerically with good agreement with the experimental measurements.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تقدم هذه الدراسة بحثًا تجريبيًا وعدديًا لخصائص نقل الحرارة ثلاثية الأبعاد في شفرة التوربين. تم تركيب إعداد تجريبي مع سلسلة توربينات من قنوات ذات خمس شفرات. تم إجراء قياسات نقل حرارة الشفرة للقناة الوسطى في ظل ظروف حدود تدفق حراري موحدة. تم توفير الحرارة للشفرات باستخدام تسعة وعشرين شريط تسخين كهربائي مثبت رأسيًا على السطح الخارجي للشفرات. تم الحصول على توزيعات معامل نقل الحرارة على ثلاثة مستويات من خلال ارتفاع الشفرة عن طريق قياس توزيع درجة حرارة السطح باستخدام المزدوجات الحرارية. لفهم خصائص نقل الحرارة، تم أيضًا قياس توزيعات الضغط الثابت للسطح على سطح الشفرة. تم إجراء الفحص العددي أيضًا لتوسيع نطاق الفحص ليشمل مواقع أخرى غير تلك التي تم قياسها تجريبيًا. تم الحصول على تدفق مضطرب غير حراري ثلاثي الأبعاد من خلال حل متوسط معادلات نافييه ستوكس ومعادلة الطاقة لرينولدز. تم استخدام نموذج نقل إجهاد القص لتمثيل التدفق المضطرب. وجد من خلال هذه الدراسة أن التدفق الثانوي الناتج عن انحراف التدفق يزيد من معامل نقل الحرارة على سطح شفط الشفرة. تم التنبؤ بخطوط الفصل ذات معاملات نقل الحرارة العالية عدديًا مع توافق جيد مع القياسات التجريبية.Translated Description (French)
Cette étude présente une étude expérimentale et numérique des caractéristiques de transfert de chaleur en trois dimensions dans une aube de turbine. Une installation expérimentale a été installée avec une cascade de turbines de canaux à cinq pales. Les mesures de transfert de chaleur des pales ont été effectuées pour le canal central dans des conditions limites de flux de chaleur uniformes. La chaleur a été fournie aux pales à l'aide de vingt-neuf bandes chauffantes électriques collées verticalement sur la surface extérieure des pales. Les distributions du coefficient de transfert de chaleur ont été obtenues à trois niveaux à travers la hauteur de la lame en mesurant la distribution de la température de surface à l'aide de thermocouples. Pour comprendre les caractéristiques de transfert de chaleur, les distributions de pression statique de surface sur la surface de la pale ont également été mesurées. Une investigation numérique a également été effectuée pour étendre l'investigation à des endroits autres que ceux mesurés expérimentalement. L'écoulement turbulent non isotherme tridimensionnel a été obtenu en résolvant les équations de Navier-Stokes moyennes de Reynolds et l'équation d'énergie. Le modèle de transport des contraintes de cisaillement a été utilisé pour représenter l'écoulement turbulent. Il a été constaté grâce à cette étude que le flux secondaire généré par la déviation du flux augmente le coefficient de transfert de chaleur sur la surface d'aspiration de la pale. Les lignes de séparation avec des coefficients de transfert de chaleur élevés ont été prédites numériquement en bon accord avec les mesures expérimentales.Translated Description (Spanish)
Este estudio presenta una investigación experimental y numérica de las características de transferencia de calor tridimensional en una pala de turbina. Se instaló una configuración experimental con una cascada de turbina de canales de cinco palas. Las mediciones de transferencia de calor de la cuchilla se realizaron para el canal medio en condiciones de límite de flujo de calor uniforme. Se suministró calor a las cuchillas utilizando veintinueve tiras calefactoras eléctricas cementadas verticalmente en la superficie exterior de las cuchillas. Las distribuciones del coeficiente de transferencia de calor se obtuvieron a tres niveles a través de la altura de la pala midiendo la distribución de la temperatura de la superficie utilizando termopares. Para comprender las características de transferencia de calor, también se midieron las distribuciones de presión estática superficial en la superficie de la pala. También se realizó una investigación numérica para extender la investigación a lugares distintos de los medidos experimentalmente. El flujo turbulento no isotérmico tridimensional se obtuvo resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds y la ecuación de energía. Se empleó el modelo de transporte de tensión de corte para representar el flujo turbulento. Se encontró a través de este estudio que el flujo secundario generado por la desviación del flujo aumenta el coeficiente de transferencia de calor en la superficie de succión de la pala. Las líneas de separación con altos coeficientes de transferencia de calor se predijeron numéricamente con buena concordancia con las mediciones experimentales.Files
797841.pdf.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6b0fe959269f721346a95321bfddafba
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير التدفقات الثانوية على نقل الحرارة لشفرة توربين الغاز
- Translated title (French)
- Effet des flux secondaires sur le transfert de chaleur d'une aube de turbine à gaz
- Translated title (Spanish)
- Efecto de los flujos secundarios en la transferencia de calor de una pala de turbina de gas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2105744418
- DOI
- 10.1155/2013/797841
References
- https://openalex.org/W2010342819
- https://openalex.org/W2022487459
- https://openalex.org/W2033286047
- https://openalex.org/W2040548861
- https://openalex.org/W2041385734
- https://openalex.org/W2058251845
- https://openalex.org/W2068865000
- https://openalex.org/W2073220175
- https://openalex.org/W2088443376
- https://openalex.org/W2093048547
- https://openalex.org/W2143806414
- https://openalex.org/W2163788848