Düşük basınç türbin palinde ikincil akış yapılarının büyük girdap benzetimi

Gaz türbini motorlarının verimliliğinin artırılması ve yakıt tüketiminin azaltılması, gaz türbini bileşenlerinin verimliliğine bağlıdır. Gaz türbini motorunun en ağır parçalarından biri olan LPT, yüksek sıcaklıklara ve karmaşık bir akış alanına sahip bir bileşendir. Güç, türbin tarafından üretildiği için türbin verimliliği motorda büyük bir öneme sahiptir. Türbin verimliliği, türbindeki aerodinamik kayıpların azaltılması ile artırılabilir. Türbin kademelerindeki aerodinamik kayıplar profil kayıpları, uç sızıntı kayıpları ve ikincil akış kayıpları olarak sınıflandırılabilir. İkincil akış kayıpları türbindeki kayıpların önemli bir miktarından (30% - 50%) sorumludur. Bu nedenle, bu çalışmada, ikincil akış yapıları, bu yapıların birbirleriyle etkileşimleri, bu yapıların oluşma nedenleri ve giriş sınır şartlarının yapılara etkileri incelenmektedir. Analizler, açık kaynaklı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü olan OpenFOAM yazılımındaki pisoFoam çözücüsü ile gerçekleştirildi. Türbin geçidindeki daimi olmayan türbülanslı akışı araştırmak için LES metodu kullanıldı. Analizlerde kullanılan geometri bükümsüz bir T106 türbin palidir. Simetri düzlem sınır koşulu kullanılmasıyla tüm analizlerde pal uzunluğu normal uzunluğun yarısı kadar kullanıldı. Yapısal bir çözüm ağı oluşturmak için çözüm alanı 29 parçaya bölündü. En uygun çözüm ağını belirlemek ve istatistikler üzerindeki çözüm ağı çözünürlüğünün etkisini incelemek için üç farklı çözüm ağı üretildi. Kaba ızgaralı çözüm ağı 3 milyon grid noktasına, orta kaliteli çözüm ağı 15 milyon grid noktasına ve kaliteli çözüm ağı 30 milyon grid noktasına sahiptir. OpenFOAM programındaki LES çözücünün yeterliliğini araştırmak ve sayısal doğrulama yapmak için ilk analiz kaba ızgaralı çözüm ağı ile yapıldı. Bu analizde 45 derece giriş açısı ile homojen bir giriş sınır şartı uygulandı. Sayısal doğrulamadan sonra, bu çalışmada sunulan simülasyonların geri kalanı için 37.7 derecelik bir giriş açısı kullanıldı. Daha sonra son duvara sahip kaba ızgaralı çözüm ağı, grid altı modellerin akış alanı üzerindeki etkisini incelemek için kullanıldı. Bu analizlerde, Smagorinsky ve k-equation modelinin türbülans ve ikincil akış yapılarına etkileri karşılaştırıldı. Sonuçlar k-equation modelinin akış alanı Smagorinsky modelinden daha doğru olduğunu gösterdi. Bu nedenle diğer simülasyonlar k-equation modeli ile gerçekleştirildi. Bundan sonra grid çözünürlüğünün (orta ve iyi grid) akış alanına etkisi araştırıldı. Bu simülasyonlarda, enerji yoğunluğu spektrumunun ve anlık ikinci değişmez hız gradyan tensörünün analizi, orta kalitedeki çözüm ağının ikincil akış yapılarını yakalamak için yeterince iyi olduğunu gösterdi. Sonuç olarak, giriş sınır şartının ikincil akış yapılarına ve kayıplarına etkisinin incelenmesi orta kalitedeki çözüm ağı ile gerçekleştirildi. Giriş sınır şartının ikincil akış yapılarına ve kayıplara etkisini araştırmak için dört farklı giriş sınır şartı kullanıldı. Bunlar homojen giriş koşulu, 2.2 şekil faktöründe LBL giriş koşulu, 1.5 şekil faktöründe TBL giriş koşulu ve TBL giriş koşulu ile gerçekleştirilen analizin iz bölgesinden alınan hız dağılımı ile elde edilen UWwSF giriş koşuludur. Analizler sonucunda, giriş sınır şartının toplam basınç kayıplarını, ikincil akış yapılarının gücünü, ve atnalı girdab sistemini etkilediği görüldü.