Efüzyon Deliği Özelliklerinin Film Soğutma Performansına Etkilerinin HAD Analizleri ve Deneysel Doğrulaması
CFD Analyzes and Experimental Verification of Effects of Effusion Drill Characteristics on Film Cooling Performance
Yazar: EVREN YILMAZ YAKIN
Danışman: DOÇ. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN ; PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Gaz türbini = Gas turbine ; Gaz türbinli motorlar = Gas turbine engines ; Türbülanslı akış = Turbulent flow

Özet:
Gerçekleştirilen çalışmada, gaz türbinlerinde bulunan, yakıtın yanma işleminin gerçekleştiği yanma odası cidarında soğutma ve yanma veriminin artması amacıyla kullanılan efüzyon deliklerinin yapısal özellikleri ve film soğutma etkinlikleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve parçacık görüntülemeli hız ölçümü tekniği ile incelenmiştir. 3 boyutlu yazıcı yardımıyla üretilen 9 farklı test plakası, tasarlanan test düzeneğine bağlanarak, 7 farklı debide parçacık görüntülemeli hız ölçümü testleri gerçekleştirilmiştir. Aynı test plakalarının bilgisayar ortamında FloEFD yazılımı yardımı ile 3 farklı ana akım sıcaklığı parametresi de eklenerek hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri gerçekleştirilmiştir.

	Sonuçlar incelendiğinde, enjeksiyon açısının artması, yüzey ile yanma sonrası oluşan sıcak bölge arasında film oluşmasını azaltmaktadır. Daha düşük açılarda daha etkin film tabakası gözlenmiştir. Bununla birlikte, efüzyon deliklerinden geçen soğutma havasının debisinin artması, bir seviyeye kadar etkin film oluşmasına fayda sağlasa da sonrasında jet çıkışları nedeniyle film oluşumu sağlanamamakta ve akış direk ana akıma karışmaktadır. Efüzyon deliği çaplarının artması, bu durumun önüne geçerek debi ile etkin film oluşumunun doğru orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. Ancak bu durumun, belirli bir noktaya kadar sınırlandırılması öngörülmektedir. Çünkü, yanma sonrası oluşan yüksek sıcaklık ve basıncın kalitesi, bu delik çapı ve dolayısıyla içeri giren soğutucu akışkanın debisi ile bir seviyeden sonra ters orantılı olacaktır.

Abstract:
In the study, the structural properties of the effusion holes and the film cooling efficiencies of the combustion chambers in the gas turbines were investigated by means of computational fluid dynamics (CFD) and particle image velocity (PIV) measurement technique to increase the cooling and combustion efficiency in the combustion chamber wall. 9 different test plates produced with the help of 3D printer were connected to the designed test apparatus and PIV tests were carried out with 7 different mass flow rate. Three different mainstream temperature parameters were also added to the same test plates with the help of FloEFD software, and CFD analyzes of calculated fluids were carried out.

When the results are examined, the increase in injection angle reduces the film formation between the surface and the hot zone formed after burning. At lower angles a more effective film layer was observed. However, the increase of the flow of cooling air passing through the effusion holes is beneficial for the formation of effective film up to a certain level, but afterwards the film can not be formed due to the jet outlets, and the flow is directly mixed with the main flow. It has been observed that the diameter of the effusion hole increases, leading to the increase of flow rate and effective film formation in direct proportion. However, this situation is foreseen to be limited to a certain point. Because the high temperature and the quality of the pressurization after combustion will be inversely proportional to the diameter of the hole and hence to the level of the incoming coolant fluid.