Film soğutma uygulamalarında kardeş deliklerinin alan oranının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of area ratio on sister hole film cooling
Yazar: FIRAT SEZGİN
Danışman: DOÇ. DR. TOLGA YASA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gaz türbinli motorlar = Gas turbine engines ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD)

Özet:
Kardeş deliği uygulamalarında, alan oranının film soğutma etkinliği ve akış yapısı üzerindeki etkisi sayısal olarak çalışılmıştır. Ana deliğin her iki yanına, bir ana delik çapı yanal mesafede, iki adet ikincil soğutma deliği farklı alan oranlarını sağlayacak şekilde yerleştirilmiştir. Çalışma kapsamında düz plaka üzerinde dört farklı alan oranı (AO = 2-5), türbin kanadı üzerinde ise iki farklı alan oranı (AO = 2 ve 5) incelenmiştir. Karşılaştırma için tek delikli soğutma konfigürasyonu da çalışılmıştır. Literatürde yer alan bir çalışmayla doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, dört farklı üfleme oranı (Düz plaka: M=0,25, 0,5, 0,80, 1 ve Kanat: M=0,5, 0,75, 1 ve 1,5) incelenmiştir.
Alınan sonuçlar soğutma verimi ve girdap yapısı üzerinden yorumlanmıştır. Kardeş delikleri üzerinde bulunan girdap ve anti-girdap etkileşimi incelenmiştir. Soğutulan yüzeye dik düzlemde, film yapısını incelemek amacıyla, sıcaklık konturlarıyla birlikte akış çizgileri (veya hız vektörleri) incelenmiştir. Alan oranı, girdap boyutlarını ve girdap vortisitelerini etkilemektedir. Bu nedenle, film yapısı ve soğutma verimini önemli derecede etki etmektedir.
Kardeş deliklerinin pozitif etkisi düşük alan oranlarında daha yüksektir. AO=2'de soğutma verimi türbin kanadı üzerinde üfleme oranına bağlı olarak %57 artarken, AO=5 de %35 artmaktadır. Aynı zamanda alan oranları, girdap merkez pozisyonları, vortisiteleri ve büyüklükleri açısından önemli bir yer kaplamaktadır. Özellikle çalışma kapsamındaki farklı alan oranlarının yarattığı farklı girdap yapıları dikkat çekmektedir. Alan oranlarının değişimiyle, delikler arası mesafenin değişmesi delikler arası girdap etkileşimini etkilemektedir. Bu çalışma, alan oranının ve delikler arası mesafenin, soğutma verimini büyük ölçüde etkilediğini ve düşük alan oranlarının film soğutma için daha verimli olduğunu göstermektedir

Abstract:
A numerical study was performed to investigate the effect of the area ratio at sister hole applications on film cooling effectiveness and flow structure. Two secondary coolant holes are placed on both sides of the main hole at a lateral distance of one main hole diameter. Four different area ratios (AR = 2–5) on the flat plate and two area ratios (AR=2 and 5) on the turbine blade were studied. A single cylindrical hole was also studied for comparison and baseline. Four different blowing ratios (M=0.25,0.5,0.8,1 for the flat plate and M= 0.5,0.75,1,1.5 for the turbine blade) were studied. 
The results obtained were interpreted through cooling effectiveness and vortex structure. The interaction of vortex and anti-vortex on sister holes was investigated. Temperature contours and streamlines (or velocity vectors) were investigated at different streamwise locations to examine film structure. The area ratio on sister hole applications heavily affects the vortex intensity and size. Therefore, it has a significant effect on the film structure and cooling effectiveness.
The positive effect of sister holes is more pronounced at low area ratios. At AR=2, the cooling effectiveness increases by an average of 57% depending on the blowing ratio, while at AR=5 effectiveness increases by 35%. AR has an important place on vortex position, size, and intensity. The results of this study showed area ratio, as well as the lateral distance between main hole and sister hole centers heavily affects the cooling effectiveness, the lower area ratios are more efficient for film cooling.