Jet motoru güç türbini kanatçıklarının akışkan yapı etkileşimi analizleri ile incelenmesi
Investigation jet engine power turbine blades with fluid structure interaction analyzes
Yazar: GÖRKEM MADENOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. ÖZGE ALTUN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, günümüz gaz türbinli motorlarında çalışabilecek özelliklerde bir güç türbini kanatçığı tasarlanmıştır. Tasarlanan kanatçık geometrisi üzerinde AYE analizleri gerçekleştirilmiştir. Farklı yaklaşımlar ile gerçekleştirilen AYE analizleri sonucunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Döner kanatçık üzerinde oluşan sıcaklık değerleri, tek yönlü AYE analizi kullanılarak hesaplanmıştır. Ardından döner kanatçık ve sabit kanatçıklar için zamandan bağımsız tek yönlü ve çift yönlü AYE analizleri gerçekleştirilmiştir. Tek ve çift yönlü AYE analizleri sonucunda döner kanatçık üzerinde meydana gelen şekil değişimi değerleri karşılaştırılmış ve değerler arasında sadece % 0.7 fark olduğu görülmüştür. Ardından döner kanatçığın sabit kanatçığa göre farklı açısal konumlarda olduğu 9 durum için tek yönlü AYE analizleri gerçekleştirilmiştir. Döner kanatçıkta meydana gelen sıcaklık dağılımları ve şekil değişim değerleri belirlenmiştir.
Tasarlanan kanatçıkta sıcaklık değerlerini düşürebilmek için, kanatçıklar üzerinde soğutma kanalı tasarımı çalışmaları yapılmıştır. Konjuge ısı transferi metodu ile soğutma kanalı olmayan kanatçıkta oluşan sıcaklık değerleri belirlenmiştir. Ardından tasarlanan 2 farklı soğutma kanalı tasarımı için analizler tekrarlanmıştır. Ayrıca kanatçık malzemesinin, kanatçıkta oluşan sıcaklığa etkisini incelemek adına 3 farklı malzeme ile kanatçıklar modellenmiştir. Yapılan analizler sonucunda soğutma kanalı tasarımı ile birlikte yaklaşık 30°C sıcaklık düşüşü gözlemlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Akışkan Yapı Etkileşimi, Güç Türbini Kanatçıkları, Konjuge Isı Transferi, Soğutma Kanalı Tasarımı

Abstract:
In this study, a power turbine blade has been designed with features that can work in today's gas turbine engines. Fluid_structure analyzes were performed on the designed turbine blade. The results obtained by the different approaches of  FSI analyzes. The results are compared. The temperature values formed on the rotating blade were calculated using a one-way FSI analysis. Then steady_state one-way and two-way FSI analyzes were performed for the rotary blades and the fixed vanes. As a result of the one and two-way FSI analysis, the values of the maximum deformations on the rotating blade were compared and found to be only 0.7% difference between the values. Then, one-way FSI analyzes were performed for the 9 cases where the rotary blade was in different angular positions relative to the fixed vane. Temperature distributions and shape change values are observed in the rotating blade.
In order to decrease the temperature values in the designed blades, cooling channel design studies have been done on the geometry. Conjugated heat transfer method is used to determine the temperature values of the non-cooling channel. The analysis was then repeated for the design of the two different cooling channels designed. The blades were modeled with three different materials in order to examine the effect of the blade material on the temperature of the blade. As a result of the analyzes made, a temperature drop of about 30 ° C was observed with the cooling channel design.


Keywords: Fluid Structure Interaction, Power Turbine Fins, Conjugate Heat Transfer, Cooling Channel Design