تحلیل عددی اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بر پوسته کمپرسور محوری توربین گاز

تغییر شکل پوسته توربین در پاسخ به تغییرات شرایط فشاری و دمایی به دلایل مختلفی از جمله سایش اعضای داخلی، نابرابری جرم حرارتی پوسته نازک و فلنج های ضخیم و متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی اطراف پوسته به وجود می آید. با تغییر شکل پوسته، افت جریان در نوک پره ها و درزبندهای توربین افزایش یافته و بازده کاهش می یابد. در این تحقیق به بررسی اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بر پوسته کمپرسور محوری توربین گاز پرداخته شده است. بدین منظور یک مدل دو بعدی شامل شفت، پوسته داخلی و خارجی به همراه جریان کمپرسور و سیال محبوس بین دو پوسته شبیه سازی شده است. محیط سیال و جامد همزمان با هم به صورت گذرا با روش عددی با اعمال شرایط مرزی مختلف تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که در اثر جابجایی آزاد، دمای نقاط بالایی پوسته تا یک زمان مشخص افزایش پیدا کرده و پس از آن به صورت نوسانی کم می شود. در حالی که دمای نقاط پایین در طول زمان به طور کلی کاهش می یابد. جابجایی آزاد باعث ایجاد اختلاف دمای قابل توجهی در پوسته در شرایط خاموشی توربین می شود. همچنین با توجه به مقدار بالای عدد رایلی، آشفتگی جریان در سیال زیاد است. با این که با افزایش ضریب انتقال جابجایی محیط عدد رایلی افزایش می یابد، گرادیان دمایی بین پوسته بالا و پایین به صورت موضعی کاهش می یابد. برای کاهش تغییر شکل پوسته راهکارهای عملی استفاده از تهویه برای تنظیم ضریب انتقال جابجایی محیط، تغییر لاجیک شیر تخلیه و بهبود عایق بندی پوسته بسته به شرایط عملکردی ارایه شده است.