Gaz türbinlerinde film soğutma akış karakteristiklerinin PIV yöntemiyle incelenmesi
Investigation of film cooling flow characteristics in gas turbines with PIV method
Yazar: SEYHUN DURMUŞ
Danışman: PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering

Özet:
Çalışma kapsamında 1/9 ölçekte boyutlandırılmış bir yanma odası cidarında, slot film soğutma, efüzyon film soğutma ve dilüsyon mekanizmalarının hibrit etkileri incelenmiştir. Film soğutma hakkında literatürde yapılan çalışmaların büyük bir çoğunluğunda akış kinematiği hakkında detay bir çalışma yoktur. Bu tezde termal ölçümlerle beraber akış yapıları da ele alınmış ve literatürdeki bu boşluğa katkı sağlamıştır. Test düzeneğinde, ana akımdan gelen sıcak hava ile kompresörden gelen soğuk havanın çapraz akış mekanizmasında oluşan akış yapıları incelenmiş ve Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü (PIV) ile hız haritaları, girdaplılık konturleri ve akış vektörleri gibi sonuçlar elde edilmiştir. IR termografi yöntemiyle de gerçek zamanlı plaka sıcaklık dağılımları görüntülenmiş ve farklı üfleme oranları için piksel sıcaklık değerlerinden film etkinlik katsayılarına ulaşılmıştır. Ayrıca HAD analizleriyle de 2 farklı konfigürasyon (slot film + efüzyon ile slot film + efüzyon + dilüsyon) ve 3 farklı üfleme oranları için optik hava tünelinin hibrit etkilerinin sayısal doğrulaması yapılmıştır. PIV ve HAD analizlerinde jet lift-off, CRVP, at nalı girdapları, kidney vortisleri ve resirkülasyon baloncukları gibi akış yapıları gözlemleniştir. Slot, film ve dilüsyon hibrit plaka ölçümlerinde eksenel ısıl etkinlik oranları açısında bakıldığında en etkin üfleme oranları efüzyon plakası için 0.24 kg/dak, dilüsyon plakası için de 0.35 kg/dak üfleme oranlarına denk gelen test koşullarında oluşmuştur.

Abstract:
In this study, the hybrid effects of slot film cooling, effusion film cooling and dilution hole mechanism were investigated together in a combustion chamber liner scaled with a 1/9. There is no a detail work about full flow kinematics in a great majority of the literature done on film cooling. In this thesis, as well as the thermal measurement studies the detailed flow structures are discussed and contributed to fill the gap in the literature. The flow structures in cross flow mechanism, that occurs due to hot air from the main stream and the cold air from the compressor, the results such as velocity maps, swirl contours and flow vectors were obtained with Particle Image Velocity (PIV) method in the test setup. Real-time surface temperature distributions were also visualized by IR thermography and for different blowing ratios film efficiency coefficients were evaluated from the pixel temperature values. Also, numerical validation of the hybrid effects on the optical air tunnels was performed with CFD analysis for 2 different configurations (slot film + effusion, slot film + effusion + dilution) and 3 different blowing ratios. Flow structures such as jet lift-off, CRVP, horseshoe vortices, kidney vortices and recirculation bubbles were observed with both PIV and CFD analyzes. Under the corresponding test conditions, when looking at the spanwise averaged thermal efficiency ratios in the slot, film and dilution hybrid plates, the best thermal efficiency is seen for effusion plate at a 0.24 kg/min blowing ratio and for the dilution plate at a 0.35 kg/min blowing ratio.