Türbin sabit kanatçığının verilen ısı transferi katsayısı ve basınç dağılımını kullanarak ANSYS ile 2-boyutlu termal ve yapısal analizi
Thermal and structural analysis of a 2-D turbine nozzle guide vane for a given heat transfer coefficient and pressure distrubition with ANSYS
Yazar: MURAT İLKER ÇELİK
Danışman: PROF.DR. KEMAL TANER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
vÖZETOluşan çok eksenli gerilmeler ve termal yüklerden dolayı, gaz türbinlerinde, sıcakkısım parçaları dizaynın ilk aşamasında en kritik parçalar olarak kabul edilirler. Özellikletürbinde akışkan sıcaklıkları 10000C'lere ulaştığı için, sıcaklık ve gerilme dağılımlarınıdeneysel olarak ölçmek imkansızdır. Bundan dolayı, bu parçaların analizi için numerikçözüm metodları kullanılır. Bu metodlar arasında son 10 yıldır en çok kullanılan metodsonlu elemanlar metodudur ve ANSYS ise en yaygın kullanılan sonlu elemanlarprogramıdır.Bu çalışmada sonlu elemanlar metodu ile ANSYS programı kullanılarak bir türbinsabit kanatçığının hesaplamalı akışkanlar mekaniği ile önceden hesaplanan ısı taşınımkatsayısı ve basınç dağılımları etkisi altında ortaya çıkan sıcaklık dağılımları iledeformasyon ve gerilme dağılımlarını hesaplamak amacı ile termal ve yapısal analizlerinyapılması hedeflenmıştir. Çalışmada iki model oluşturulmuştur. Birinci modelde girdibilgileri, gerçekçi olması açısından Von Karman Enstitüsünde 1990 yılında yapılandeneysel bir çalışmadan alınmıştır. kinci modelde ise, bir uçak motoru türbin kısmınınçalışmasını simule edebilmek için daha yüksek sıcaklık ve basınç değerleri kullanılmıştır.Bu bilgiler ise, bir motor üretici firmanın ARGE bölümünden alınmıştır. Her iki modeldede aynı airfoil geometrisi kullanılmış, çıkan sonuçlar değerlendirilmiş vekarşılaştırılmıştır.Anahta Kelimeler; Sonlu Elemanlar Metodu, Türbin Sabit Kanatçığı, ANSYS

Abstract:
viSUMMARYAt the very first design process, the hot section parts of a turbine are the mostchallenging parts due to complex loads such as multi axial stress state and thermal loads.These parts are the most fracture critical parts as well. As the flow temperatures inturbines rise up to 10000Cs, it is impossible to experimentally measure the temperatureand stress distribution in the turbines. Hence, simulations methods play the main role tocalculate the temperature and stress distributions on hot section parts. The most popularmethod among these numerical simulations, in recent years, is the finite element method(F.E.M.) and the most common F.E.M. software is ANSYS.The main subject of this thesis is to accomplish the thermal and structural analysisof a nozzle guide vane (NGV) by calculating the deformation and stress values for agiven heat transfer coefficient (HTC) and pressure distribution, using ANSYS. For thispurpose, two models have been generated. To get realistic calculation results,experimentally measured HTC and pressure distributions have been used as an input forthe thermal and structural analysis. The subject experiment was done at Von KarmanInstutue in 1990. In the second model, higher temperature and the pressure distributionshave been used to simulate an aero-engine turbine operating conditions. The calculatedtemperature and pressure distributions have been received from a R&D department of anengine production facility. In both models, temperature and stress distributions have beencalculated and compared on the same airfoil profile.Keywords; F.E.M., Nozzle Guide Vane, Structural Analysis, ANSYS