Evaluación de geometrías de canales de refrigeración por película en álabes de turbinas de gas
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Autores
Pinzón Rincón, Christian David
Director
Duque Daza, Carlos Alberto
Tipo de contenido
Trabajo de grado - Maestría
Fecha de publicación
2023
Título de la revista
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Título del volumen
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Resumen
La refrigeración por película ha permitido incrementar las temperaturas de trabajo en
álabes de turbinas de gas, al mantener parte de la superficie cubierta por un flujo de
refrigerante de menor temperatura que el flujo principal de los gases de combustión. El
rendimiento de la refrigeración por película está altamente influenciado por la relación
de velocidades entre el flujo de refrigeración y el flujo principal de gases calientes, ası́
como de la geometría de descarga, principalmente. La influencia de estos parámetros genera
fenómenos como la formación de vórtices, los cuales pueden atenuar o acelerar la separación
del refrigerante, dependiendo el caso. Una técnica usada para mejorar el rendimiento de
refrigeración ha sido colocar obstáculos o resaltos aguas arriba del agujero de descarga, los
cuales retardan la mezcla del refrigerante con el flujo principal. En este trabajo se analizó,
mediante simulaciones numéricas de flujo incompresible en OpenFoam, el efecto generado
por la prensencia de dos diferentes obstáculos aguas arriba de la descarga de refrigerante
sobre una placa plana. El análisis se llevó a cabo mediante la evaluación de diferentes
indicadores de rendimiento de refrigeración, en el que se evaluarón tres configuraciones
diferentes de la placa plana: sin obstáculo, con obstáculo triangular y con obstáculo curvo.
En los tres casos la relación de velocidades entre el chorro y el flujo principal fue de
uno (U c /U ∞ = 1). Encontrandose que al agregar obstáculos se tiene un incremento en la
efectividad de enfriamiento promedio (η) y el flujo de calor neto reducido (NHFR), debido
a que estos generan una mejor propagación lateral en la descarga del refrigerante al no
separarse tempranamente de la superficie. El obstáculo curvo es el de mejor desempeño al
tener la mayor (η) y el mayor (NHFR) respecto a los demás casos. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Film cooling technology has increased the operating temperature of gas turbine blades and
vanes. The refrigerant film cools part of the surface, keeping it at a lower temperature
than the main stream of combustion gases. The performance of film cooling is affected
by the velocity of the refrigerant relative to the main stream (vlocity relation), and the
geometry of the holes through which the refrigerant is discharged. These parameters can
generate vortices, which can either diminish or accelerate the separation of the refrigerant
from the surface. In this work, the effect of placing a triangular and a circular obstacle
upstream of the refrigerant discharge in a flat plate was carried out by means of numerical
simulation of incompressible flow with OpenFoam software. The analysis was conducted
by evaluating different performance indicators of film cooling. Three different configuration
of flat plate were evaluated: whithout obstacle, triangular obstacle and curve obtacle. The
velocity relation of the three cases was set as one (U c /U ∞ = 1). It was found that adding
obstacles increased the average cooling effectiveness (η) and the net heat flux reduction
(NHFR). This is because obstacles promote better lateral spreading of the coolant, preventing
early separation from the surface. Among the obstacles simulated, the circular one showed
the best performance, due to their average film cooling efectiveness (η) and the net heat flux
reduction (NHFR) was the highest.
Palabras clave
Descripción Física/Lógica/Digital
ilustraciones, diagramas