Estudio de la interacción de los gases de combustión sobre la película de refrigerante en una turbina de gas

Abstract

Las turbinas de gas operan por encima de la temperatura permisible de los materiales. Por este motivo, una porción de aire se extrae desde el compresor para refrigerar los álabes externamente con un método conocido como refrigeración por película. El aire es expulsado a través de una serie de agujeros formando una capa protectora que reduce la temperatura de la superficie. En este estudio, el desempeño de la película refrigerante es evaluado numéricamente para tres números de Reynolds del flujo principal y cuatro relaciones de velocidad (blowing ratio o BR). Un modelo computacional basado en la discretización por volúmenes finitos fue utilizado para resolver un flujo incompresible y transitorio sobre un perfil NACA 4412 en cascada. En el modelo se incluyeron varios escalares pasivos para evaluar las condiciones de temperatura adiabática y temperatura constante en la pared del álabe. Los análisis muestran una discrepancia entre estos dos enfoques. Para la condición de temperatura adiabática, la efectividad de película depende principalmente de la trayectoria del chorro y las zonas de recirculación. Para la condición de temperatura constante, la reducción neta del flujo de calor (net heat flux reduction o NHFR) varía en función de la separación y reenganche de la capa límite. (Texto tomado de la fuente)

Gas turbines operate above the permissible temperature of the materials. For this reason, air is drawn from the compressor to cool the vanes externally with a method known as film cooling. The air is expelled through a set of holes forming a protective layer that reduces the surface temperature. In this study, the film cooling performance was evaluated numerically for three mainstream Reynolds numbers and four blowing ratios (BR). A computational model based on finite volume discretization was used to solve an incompressible and transient flow over a NACA 4412 cascade vane. Several passive scalars were included in the model to evaluate the conditions of adiabatic temperature and constant temperature for the surface vane. Analysis showed a discrepancy between these two approaches. For adiabatic temperature condition, the film effectiveness mainly depends on the jet trajectory and recirculation zones. For the constant temperature condition, the net heat flux reduction (NHFR) varies according to the boundary layer separation and reattachment.