Dikdörtgen kesitli kanal içerisinde ısı transferinin iyileştirilmesi
Enhancement of heat transfer in rectangular channel
Yazar: FIRAT NURİ İLYASOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT ÇAKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gaz türbini = Gas turbine ; Isı geçişi = Heat transfer ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Kanat ribleri = Wing ribs ; Makine mühendisliği = Mechanical engineering

Özet:
Gaz türbinlerinin dizaynından en önemli parametre verimdir. Gaz türbini dizaynıyla uğraşanlar daha yüksek verim elde etmek üzerinde sürekli çalışmalar yaparlar. Daha yüksek türbin giriş sıcaklığı sağlayan bir çevrim kullanmak, verimi yükseltmenin akıllıca yollarından biridir. Bununla birlikte gaz türbin kanatlarının yüksek sıcaklığa karşı gösterdikleri dayanım problemleri nedeniyle türbin giriş sıcaklığı sınırlanmıştır. Özel alaşımlar ve kaplamalar bu problemin aşılmasında kullanılsa bile çok etkili olamamaktadırlar. Öte yandan özel alaşımlardan veya kaplamalı kanatları üretmek fazlaca zaman almaktadır ve pahalıdır.Kanatları yüksek sıcaklığa ve termal gerilmelere karşı korumanın bir diğer yolu da su veya hava kullanarak soğutmadır. Su ile soğutma oldukça etkilidir, fakat sızıntı ve korozyon problemine sebep olabilmektedir. Hava ile soğutma gaz türbin kanatlarında en çok kullanılan yöntemdir, soğutma havası kompresör havasının %1-3 kadarı alınarak sağlanabilir. Hava ile soğutma yöntemleri; zorlanmış taşınım soğutması, çarptırmalı soğutma, film soğutması ve terlemeli soğutmadır.Bu çalışmanın konusu zorlanmış taşınım soğutmasıdır ve zorlanmış iç akış incelenmektedir. Isı transferinin iyileştirmesi kanat içindeki kanalların iç yüzeylerinde bulunan türbülansı artırmaya yarayan türbülatörlerle sağlanmaktadır. Gaz türbini kanadında yer alan kanallar ilgili benzerlik parametreleri dikkate alınarak modellenmiş ve deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan kanal kare kesitlidir, türbülatörler 45o açı ile yeleştirilmişlerdir, blokaj oranı 0,3'tür. Reynolds sayısı 8500 ile 28500 arasında değişmektedir. Basınç kayıplarına bağlı olarak hesaplanan sürtünme kaybı, düz kanala göre 11 kattır. Isı transferi analizlerinin sonucunda ise farklı Reynolds sayıları için Soğutma Etkenlik Katsayısının 2,2 ile 6,1 arasında değiştiği görülmektedir.

Abstract:
Efficiency of gas turbines is the most important parameter in gas turbine design, designers always investigate for obtaining higher efficiency. An advisible way of obtaining higher efficiency is getting high turbine inlet temperatures. On the other hand turbine inlet temperature is limited by handicap of resistance problems for blades in high temperature. Special alloys and coating methods used for achieving this problem, but these methods can not ensure blades against high thermal stresses. Therefore, manufacturing suitable blades takes very long time and very expensive.Protecting blades against high thermal stresses can be obtained by another effective way and this is cooling of blades by water or air. Cooling with water is very effective, but leakage and corrosion problems may occur. Cooling with air is very common solution for gas turbine blades. Cooling air is taken from the compressor and its ratio is %1-3 of compressor air. Methods of air cooling can be expressed like; internal convection cooling, cooling by jet impingement, film cooling and cooling by effusion.The subject of this work is internal convection cooling, in this method laws of forced convection for internal flows are considering. Heat convection enhancement wanted to be obtained by using turbulence promoters on one or several walls of the channels like the channels of blade. Experimentally analyzes are performed by method of modelling channel in blade with respecting relevant similarity parameters. Cross section of the channel is square, turbulence promoters fixed with 45o angle and the blockage ratio is 0,3. Reynold number is varying between 8500 and 28500. Pressure loss related to friction is analyzed and its increase found 11 times greater than smooth channel. Enhancement coefficient of heat transfer values are differ between 2,2 and 6,1 by related to Reynolds number.