Eksenel Gaz Türbinlerinde Kanat Ucu Akışının Sayısal İncelenmesi: Kanat Ucu Boşluğunun ve Bağıl Hareketin Etkisi

Abstract

Türbomakina performansı kanat ucu boşluğundaki akış yapısına önemli oranda bağlıdır. Kanat ucu boşluğundaki akış üç boyutlu ve oldukça karmaşık bir akıştır. Kanat basınç kenarı ve emme kenarı arasındaki basınç farkının neden olduğu akış, aerodinamik kayıp nedenidir. Bu nedenle, aerodinamik performansı iyileştirmek için bu dar kanalda akış yapısı net bir şekilde açıklanmalıdır. Çalışmalar, sızıntı akışının türbomakina ana akışıyla etkileşiminin önemli miktarda enerji kaybına neden olduğunu göstermiştir. Bununla beraber sızıntı akış yapısı tam olarak anlaşılamamıştır. Kanat ucu boşluğunun çok küçük bir yükseklikte olması deneysel çalışmalar için ölçüm zorlukları çıkarmaktadır. Bu çalışmada kanat ucu boşluğundaki akış yapısı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenecektir. Kanat ucu boşluğu yüksekliği (% 0.7, % 1 ve % 1.5 değerleri) etkisi ile gövde ile kanat arasındaki bağıl hareketin sızıntı akışına ve kanat ucu vorteksi oluşumuna etkisi incelenmiştir.Literatürdeki çalışmalarla tutarlı HAD sonuçları elde edilmiştir. k-ω SST türbülans modelinin akış yapılarını daha iyi yakalayabildiği gözlemlenmiştir. Kanat ucu boşluğunun arttırılması sızıntı debisini ve aerodinamik kayıpları arttırmaktadır. Gövde ile kanat arasındaki bağıl hareketin kanat ucu vorteksini küçülterek kayıpları azalttığı sonucu elde edilmiştir

Keywords

• Kanat ucu boşluğu, Eksenel akışlı türbin, Doğrusal kaskat, Sızıntı akışı, HAD

Numerical Investigation of Leakage Flow in Axial Flow Turbines: Effect of Tip Clearance and Relative Motion

Abstract

Performance of a turbomachinery is strongly related to the flow structure in the tip gap. Flow in the tip gap is 3-D and highly complex. Pressure driven flow between the pressure side and suction side of the blade is a source of aerodynamic loss. Thus, in order to improve the performance flow structure in this small gap should be clarified. Studies indicate that interaction of tip leakage flow with main flow inside the turbomachinery results in a considerable loss. However, structure of leakage flow has not been understood completely. Small values of tip gap height creates difficulties for experimental measurements.In this study, flow structure through the tip gap will be investigated comprehensively by implementing Computational Fluid Dynamic (CFD) methods. Effects of tip clearance height (% 0.7, % 1, and % 1.5) and relative motion between blade and casing on formation of leakage flow and tip leakage vortex have been investigated. CFD results are consistent with studies in literature. It was observed that k-ω SST turbulence model was better to predict flow structures. Increasing tip clearance height results in higher aerodynamic losses and leakage flow. It was obtained that relative motion between blades and casing reduces the aerodynamic loss by weakening the tip leakage vortex

Keywords

• Tip clearance, Axial flow turbine, Linear cascade, Leakage flow, CFD