Çok sıralı çarpmalı jetlerin iki geçişli dikdörtgen kanaldaki ısı taşınımının deneysel incelenmesi
Çok sıralı çarpmalı jetlerin iki geçişli dikdörtgen kanaldaki ısı taşınımının deneysel incelenmesi
Yazar: Sözbir, Metin; Uysal, Ünal
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 37 No. 2, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Isı transferi katsayısı,çarpmalı jet soğutma,termokromik sıvı kristal

Gaz türbinlerinde sıcaklık arttıkça verim ve güç artmaktadır. Fakat çok yüksek sıcaklıklara (≈2000°C) maruz kalındığında; sıcak gaz çıkış yolu üzerinde bulunan ekipmanların maruz kaldığı mekanik ve ısıl zorlamaların etkisi ciddi ölçüde arttığından özellikle gaz türbin kanatlarının soğutulması önem kazanmaktadır. Bu nedenle türbin kanatlarının mekanik veya ısıl zorlamalardan korunması ve güvenli şekilde çalışmasını sürdürebilmesi için etkin bir soğutma gereklidir. Üretici firmalar ve bilim adamları gaz türbinlerinin optimum verimi için türbin kanatlarında farklı soğutma yöntemleri geliştirme çalışmaları yapmaktadırlar. Bu geliştirme çalışmalarının çoğunluğunda çok kademeli ve sıralı yapıya sahip çarpmalı jetler ile jet geometrileri üzerinde odaklanılmıştır. Bu çalışmada; kanat soğutma kanalına geometrik olarak benzer bir model üzerinde; hidrolik çapları eşit, dairesel, kare ve eşkenar üçgen tipli jetler kullanılarak, farklı Reynolds sayılarında hedef plakadaki ısı geçiş katsayısı dağılımı sıvı kristal termografi yöntemiyle deneyler yapılmıştır. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak jet geometrisinin, jet çapının, jet-hedef plaka aralığının ve Re sayısının yüzey ısı geçiş katsayısına etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda; ısı geçiş katsayısının Re sayısının artması ile akış yönünde arttığı görülmüştür. Plakalar arası aralık ve jet hidrolik çaplarının artırılmasıyla durağan bölgelerin arttığı ve ısı geçiş katsayısının bu bölgelerde azaldığı tespit edilmiştir. Çapraz akış, hedef-jet plaka aralığının artırılması ile akış yönünde azaldığı görülmüştür. En yüksek ortalama ısı geçiş katsayısının eşkenar üçgen jet plakalı modelde ve hedef plakla üzerinde en homojen ısı geçiş dağılımının dairesel jet plakalı modelde meydana geldiği tespit edilmiştir.

Gaz türbinlerinde sıcaklık arttıkça verim ve güç artmaktadır. Fakat çok yüksek sıcaklıklara (≈2000°C) maruz kalındığında; sıcak gaz çıkış yolu üzerinde bulunan ekipmanların maruz kaldığı mekanik ve ısıl zorlamaların etkisi ciddi ölçüde arttığından özellikle gaz türbin kanatlarının soğutulması önem kazanmaktadır. Bu nedenle türbin kanatlarının mekanik veya ısıl zorlamalardan korunması ve güvenli şekilde çalışmasını sürdürebilmesi için etkin bir soğutma gereklidir. Üretici firmalar ve bilim adamları gaz türbinlerinin optimum verimi için türbin kanatlarında farklı soğutma yöntemleri geliştirme çalışmaları yapmaktadırlar. Bu geliştirme çalışmalarının çoğunluğunda çok kademeli ve sıralı yapıya sahip çarpmalı jetler ile jet geometrileri üzerinde odaklanılmıştır. Bu çalışmada; kanat soğutma kanalına geometrik olarak benzer bir model üzerinde; hidrolik çapları eşit, dairesel, kare ve eşkenar üçgen tipli jetler kullanılarak, farklı Reynolds sayılarında hedef plakadaki ısı geçiş katsayısı dağılımı sıvı kristal termografi yöntemiyle deneyler yapılmıştır. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak jet geometrisinin, jet çapının, jet-hedef plaka aralığının ve Re sayısının yüzey ısı geçiş katsayısına etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda; ısı geçiş katsayısının Re sayısının artması ile akış yönünde arttığı görülmüştür. Plakalar arası aralık ve jet hidrolik çaplarının artırılmasıyla durağan bölgelerin arttığı ve ısı geçiş katsayısının bu bölgelerde azaldığı tespit edilmiştir. Çapraz akış, hedef-jet plaka aralığının artırılması ile akış yönünde azaldığı görülmüştür. En yüksek ortalama ısı geçiş katsayısının eşkenar üçgen jet plakalı modelde ve hedef plakla üzerinde en homojen ısı geçiş dağılımının dairesel jet plakalı modelde meydana geldiği tespit edilmiştir.