Eksenel türbin kanatları arasındaki aerodinamik kayıpların azaltılması yöntemlerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of methods for aerodynamic loss reduction in axial turbine blades
Yazar: EMRE YILDIRIM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eksenel gas türbin kanatları arasında ikincil akışlar olarak tanımlanan ve aerodinamik kayıplara neden olan akış yapılarının azaltılarak verimin artırılmasına yönelik iki yöntemin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu yöntemler kanatlar arası bölgeye bariyer ilave edilmesi ve kasa geometrisinin yivleme (slot) ile değiştirilmesi yöntemleridir. 
Bu doğrultuda öncelikle gerçek uygulaması olan kanat ile bariyersiz ve yivsiz çözüm geometrisi oluşturulmuş ardından sırasıyla 2, 3, 5, 7, 10x1,7 mm (yükseklik x genişlik) olacak şekilde beş farklı geometrideki bariyer, kanatlar arası bölge geometrisine ve çözüm hacmine dahil edilmiştir. Bariyerli durumların incelenmesinin ardından 3,0x1,7 mm ve 1,5x5,2 mm (derinlik x genişlik) şeklinde iki farklı kasa yiv geometrisi sırayla çözüm hacmine dahil edilerek bariyerlerle birlikte oluşturduğu akış alanı ve kayıp durumu incelenmiştir. 
Kayıpların değerlendirilmesinde kanatlar arası bölge giriş ve çıkış toplam basınçlarında görülen farklar ve bu farkların toplam basınç kayıp katsayısına dönüştürülmesi yöntemi uygulanmıştır. Bariyersiz rotor halinde 1.3746 olarak elde edilen kayıp katsayısı miktarı, küçük ölçülü bariyerden başlamak üzere sırasıyla 1.3636, 1.3591, 1.3662, 1.3566, 1.3680 olarak elde edilmiştir. Bariyerler mutlak olarak bariyersiz akış alanına göre kayıplarda azalma sağlamışlardır. 
3,0x1,7 mm'lik dar yiv geometrisiyle birlikte bariyerlerin kullanımı sonucunda ise sırasıyla; 1,3415, 1,3416, 1,3590, 1,3608, 1,3655 değerleri elde edilmiştir. 5,2x1,7 mm'lik geniş yiv kasa geometrisinin bariyerlerle birlikte kullanılmasıyla ise sırasıyla 1,3344, 1,3395, 1,3447, 1,3432 ve 1,3527 değerlerine ulaşılmıştır.
Bariyer ve yivlerin birleştirilerek uygulanmasında kayıplarda azalma sağlandığı görülmüştür. En fazla kazanç 2,0x1,7mm'lik bariyer ve 5,2x1,7 mm'lik geniş yiv kasa geometrisinin birlikte uygulanmasıyla elde edilmiş ve % 3'lük bir iyileşme sağlandığı görülmüştür.

Abstract:
The objective of this study is to reduce secondary flows causing aerodynamic losses in axial gas turbine blades and to investigate two different methods numerically for reducing losses. These methods are adding fences and slots of different geometries on turbine hub and in turbine case. 
To this end, solution geometry is formed by using a real blade shape. After that five fences with 2, 3, 5, 7 and 10x1,7 mm (height x wide) size are implemented to solution geometry in turn. After implementing of fences, it is added 3,0x1,7 mm and 1,5x5,2 mm (deepness x wide) casing slots together with each fences and it is analyzed as a combined losses structure. For passage and tip of blades, flows and corresponding vortex structures and pressure distributions are obtained. 
Evaluating of losses, it is used total pressure loss coefficient at outlet crosssection of passage. In conclusion, the total pressure loss coefficient for baseline case is obtained 1,3746. Other results are obtained as 1,3636, 1,3591, 1,3662, 1,3566, 1,3680 with fences from smaller to large size. Each size of fence provides a loss reduction to some certain extent. 
Adding 3,0x1,7 mm slot to case geometry with fences, it is obtained 1,3415, 1,3416, 1,3590, 1,3608, 1,3655 of total pressure loss coefficients respectively. And in the case of 5,2x1,7 mm slot, the coefficients are 1,3344, 1,3395, 1,3447, 1,3432, 1,3527. 
Losses are reduced by fences and both methods applied together. The most reduction is obtained 2,0x1,7mm fence and 5,2x1,7 mm slot. This means 3 % improvement in loss.