Çarpmalı jetli soğutma levhasının sayısal modellenmesi

Günümüzde, malzeme teknolojisi oldukça ileri düzeylere ulaşmasına rağmen gaz türbinlerinin giriş sıcaklıkları, kanat malzemelerinin dayanma sıcaklıklarından çok daha yüksektir. Bu nedenle, ileri malzeme teknolojisi ile üretilen türbin kanatlarının da mutlak surette soğutulması gerekmektedir. Soğutmanın bu denli önemli olması, gaz türbini üreticilerini özellikle kanat soğutma teknolojileri konusunda yoğun araştırmalar yapmaya yöneltmiştir. Bu konuda konveksiyon yoluyla soğutma ve çarpmalı jet soğutma gibi iç soğutma yöntemleri, film soğutma ve transprasyon soğutma gibi dıştan soğutma yöntemleri başlıca gaz türbin kanatçıklarının soğutulmasında kullanılan metotlardır. Pittsburgh Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nde Dr. Al-aqal [1] tarafından Sıvı Kristal Termografisi (TLC) yöntemi kullanılarak yapılan çalışmada tek sıralı çapı (D) 9,525 mm olan çarpmalı jet modeli, iki sıralı çapı (D) 4,763 mm olan çarpmalı jet modeli ve üç sıralı çapı (D) 3,18 mm olan çarpmalı jet modeli olmak üzere üç farklı jet plaka modelli vardır. 12,7 mm, 19,05 mm ve 25,4 mm olan üç farklı jet-hedef plaka açıklığına (H) sahip modellerin her biri 22,2 m/s, 28,5 m/s ve 42,8 m/s olan üç farklı giriş hızında kullanılarak ortalama yerel ısı geçiş katsayısının hedef plaka üzerindeki dağılımı deneysel olarak incelemiştir. Bu çalışmada, deneysel çalışmanın yapıldığı model ve sınır şartları, SST (Shear Stress Transport) k-ω türbülans modeli alınarak, ticari hesaplamalı akışkanlar mekaniği programı kullanılarak sayısal modeldeki hedef plaka yüzeylerindeki ısı geçiş katsayısı dağılımı hesaplanmış ve deneysel çalışma sonuçları ile kıyaslanarak modelin ve HAD programının sonuçlara yaklaşımı araştırılmıştır. Bölüm 2'de konuyla ilgili olarak gerekli literatür araştırmaları yapılmış olup, sınır şartları, türbülans modelleri, duvar fonksiyonları, akış yapısı ve teoride yapılan kabuller incelenmiştir ve uygun yaklaşımlar seçilmiştir. Bölüm 3'de ise literatür ve deneysel çalışmalarda kullanılan model üzerine sayısal model oluşturulmuş ve gerekli kabuller yapılmıştır. Bölüm 4'de sayısal analiz sonuçları ile deneysel sonuçlar kıyaslanmıştır. Sayısal sonuçların deneysel sonuçlara uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Bölüm 5'de ise genel sonuç ve değerlendirmelere yer verilmiştir.