تحلیل عددی تاثیر محرک پلاسما بر کارایی خنک‌کاری لایه‌ای روی مدل صفحه تخت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، تاثیر محرک پلاسما بر میدان جریان و دما در خنک کاری لایه ای روی مدل صفحه تخت به صورت عددی و با روش حجم محدود بررسی شده است. جریان به صورت دوبعدی، آشفته، تراکم ناپذیر و پایدار در نظر گرفته شده و شبیه سازی های عددی با استفاده از یک شبکه سازمان یافته و غیریکنواخت و مدل آشفتگی کی - اِپسیلون رینولدز پایین انجام
شده است. مسئله حاضر در زاویه تزریق 35درجه، نسبت طول به قطر سوراخ تزریق 5 و نسبت چگالی 1/2تحلیل شده است. میدان جریان و دما در نسبت دمش ها و ولتاژهای ورودی مختلف موردبررسی قرارگرفته و تاثیر پارامترهای هندسی محرک پلاسما و موقعیت قرارگیری محرک بر کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای مطالعه شده است. بر اساس نتایج حاصل، محرک پلاسما بر کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای در نسبت دمش های پایین تر موثرتر می باشد و با افزایش ولتاژ اعمالی نیز اثر محرک پلاسما بر خنک کاری لایه ای افزایش می یابد. همچنین با افزایش فاصله قرارگیری محرک نسبت به سوراخ تزریق، اثرگذاری آن بر کارایی کاهش می یابد. برخلاف کارهای مشابه، این مطالعه پارامترهای هندسی محرک پلاسما را نیز بررسی می کند. مطابق نتایج، افزایش ضخامت دیالکتریک باعث افزایش کمی در راندمان خنک کاری می گردد، اما کاهش فاصله طولی الکترودها مقدار متوسط کارایی خنک کاری لایه ای را افزایش می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation Of The Effect of Plasma Actuator on Film Cooling Effectiveness

نویسندگان [English]

  • S. Dolati
  • N. Amanifard
  • H. Mohaddes Deylami
Faculty of Technology and Engineering, Guilan University, Guilan, Iran
چکیده [English]

In this paper, a 2-D numerical approach was conducted for analyzing incompressible,turbulent and steady flow and thermal fields of the film cooling through using plasma actuator over a flat plate model. Simulations were implemented using non uniform structured grid and low-Re k-ε turbulence model. The present study was analyzed at 35 degree injection angle, hole length-to-diameter ratio (L/D) 5 and density ratio (DR) 1.2, with the present of plasma actuator. The flow and temperature fields were investigated with different blowing ratios and applied voltages. In addition, the effect of geometry parameters and position of plasma actuator has been studied on the adiabatic film cooling effectiveness. Based on the numerical analysis results, the effect of plasma actuator on film cooling effectiveness is better in lower blowing ratios and higher applied voltages and positions near the film hole. Unlike other similar works in this filed, this study has examined geometry parameters of plasma actuator and their effect on adiabatic film cooling effectiveness. These parameters include electrode gap distance and dielectric thickness. The results show that higher thickness has low effect on improving of film cooling effectiveness. But when electrode gap distance decreases, the performance of plasma actuator and average effectiveness enhances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Film cooling
  • Plasma actuator
  • Adiabatic effectiveness
  • Numerical investigation

مراجع

[1] A. Sinha, D. Bogard, M. Crawford, Film-cooling effectiveness downstream of a single row of holes with variable density ratio, ASME J. Turbomach, 113(3) (1991) 442-449.
[2] J. Pietrzyk, D. Bogard, M. Crawford, Hydrodynamic measurements of jets in crossflow for gas turbine film cooling applications, ASME J. Turbomach, 111(2) (1989)139-145.
[3] D.K. Walters, J.H. Leylek, Impact of film–cooling jets on turbine aerodynamic losses, in: ASME , Journal of turbomechinary, American Society of Mechanical Engineers, 2000, pp. 537-545.
[4] M. Naghashnejad, N. Amanifard, H. Deylami, A predictive model based on a 3-D computational approach for film cooling effectiveness over a flat plate using GMDH-type neural networks, Heat and Mass Transfer, 50(1) (2014)139-149.
[5] A. Bergles, Techniques to enhance heat transfer, Handbook of heat transfer, 3 (1998) 11.11-11.76.
[6] T.C. Corke, M.L. Post, D.M. Orlov, Single-dielectric barrier discharge plasma enhanced aerodynamics:concepts, optimization, and applications, Journal of Propulsion and Power, 24(5) (2008) 935-945.
[7] Y. Suzen, P. Huang, J. Jacob, D. Ashpis, Numerical simulations of plasma based flow control applications, AIAA paper, 4633 (2005) 2005.
[8] B. Jayaraman, Y. Lian, W. Shyy, Low-Reynolds number flow control using dielectric barrier discharge actuators, AIAA paper, 3974 (2007).
[9] B. Jayaraman, W. Shyy, Modeling of dielectric barrier discharge-induced fluid dynamics and heat transfer, Progress in Aerospace Sciences, 44(3) (2008) 139-191.
[10] M. Malik, L. Weinstein, M. Hussaini, Ion Wind Drag Reduction, AIAA paper, 0231 (1983).
[11] M. Forte, J. Jolibois, J. Pons, E. Moreau, G. Touchard, M.Cazalens, Optimization of a dielectric barrier discharge actuator by stationary and non-stationary measurements of the induced flow velocity: application to airflow control, Experiments in Fluids, 43(6) (2007) 917-928.
[12] S. Seyyed ShamsTaleghani, A. Shadaram, M. Mirzaee, Experimental investigation of geometric and electrical characteristics by measurements of the induced flow velocity, (2013) 132-145(in Persian).
[13] A. Rafi, N. Amanifard, H.M. Deylami, F. Dolati, Numerical investigation of the plasma actuator effects on the flow field and heat transfer coefficient in a flat channel, Modares Mechanical Engineering, 15(6) (2015)(in Persian).
[14] C.-C. Wang, S. Roy, Active cooling of turbine blades using horse-shoe plasma actuator, AIAA Paper, 679 (2009) 2009.
[15] C.-C. Wang, S. Roy, Physics based analysis of horseshoe plasma actuator for improving film cooling effectiveness, AIAA Paper, 1092 (2010) 2010.
[16] J.-L. Yu, L.-m. He, Y.-f. Zhu, W. Ding, Y.-q. Wang, Numerical simulation of the effect of plasma aerodynamic actuation on improving film hole cooling performance, Heat and Mass Transfer, 49(6) (2013) 897-906.
[17] B. Launder, B. Sharma, Application of the energydissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc, Letters in heat and mass transfer,1(2) (1974) 131-137.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 3
آبان 1396
صفحه 605-616

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار