Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi
Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 357 - 370 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.686234 İndeks Tarihi: 24-08-2023
Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi
Öz: Eksenel türbinlerin göbek ve kanat uç bölgelerinde oluşan karmaşık üç boyutlu ikincil akış yapılarının ana akış ile etkileşimi sonucunda yüksek oranda aerodinamik kayıplar oluşmaktadır. Bu çalışmada eksenel gaz türbini kanatları arasındaki akışta oluşan ikincil akış kaynaklı aerodinamik kayıpların azaltılmasına yönelik olarak literatürde bağımsız olarak kullanılan iki yöntem birleştirilerek incelenmiştir. Bu yöntemler kanatlar arası bölgeye bariyer ilave edilmesi ve literatürde kompresör kanatları için uygulanan kasa geometrisinin yivlenmesi yöntemleridir. Bu doğrultuda öncelikle bariyer ve yiv uygulanmamış rotor hali incelenmiş, ardından beş farklı geometride bariyer uygulanmış durum ve son olarak her bir bariyerle birlikte olmak üzere iki farklı yiv geometrisi birleştirilerek oluşan geometriler için akış alanları ve kayıplar incelenmiştir. Kayıpların değerlendirilmesinde kanatlar arası bölge giriş ve çıkış toplam basınçlarında görülen farklar ve bu farkların kütle ortalamalı toplam basınç kayıp katsayısına dönüştürülmesi yöntemi uygulanmıştır. Analizlerin sonucunda gerek bariyerlerin tek başlarına ve gerekse yivlerle birlikte kayıp katsayılarında azalma sağladıkları görülmüştür. Sonuç olarak en fazla kazancın 2,0x1,7 mm’lik bariyer ve 1,5x5,2 mm’lik geniş yiv geometrisinin birlikte uygulanmasıyla elde edildiği belirlenmiş ve toplam basınç kayıp katsayısında %3’lük bir iyileşme sağlanmıştır.
Anahtar Kelime: Numerical analysis of secondary flow loss reduction in axial turbine blades using a combined endwall fence and casing groove method
Öz: Highly three-dimensional and complex flow structure on hub and tip region of blades in axial turbines leads to significant amount of aerodynamic losses. In this study, it is numerically investigated a method which is combined with two different methods used in literature independently to reduce secondary flow related aerodynamic losses in axial gas turbine blades. First method is endwall fencing which is used mostly for hub region and the other one is casing groove that is applied to stall problem in tip region of compressor blades. The main objective of the study is to specify the rate of decreasing secondary flows related losses by implementing fences of different geometries and casing groove treatment. In this sense firstly, solution geometry is formed by using a real blade shape. After that, five different fence geometries are implemented to geometry. After it is obtained solutions with fences, they are added two different casing groove geometries to the solution domain together with each fences. To evaluate losses, it is utilized mass averaged total pressure loss coefficient which is based on normalized total pressure differences at inlet and outlet of blades. As a result, it is seen that fences individually and both methods together, the loss coefficients are reduced. The most reduction is obtained 2.0x1.7 mm fence with 5.2x1.7 mm groove together and 3 % reduction in total pressure loss coefficient was obtained.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- Kiran K.N., Anish S., Computational investigation of secondary flow losses in linear turbine cascade by modified leading edge fence, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 10 (5), 836-843, 2016.
- Langston L.S., Secondary flow in axial turbines-a Review, Heat and Mass Transfer in Gas Turbine Systems, Annals of the New York Academy of Sciences, 934, 11-26, 2001.
- Alqefl M.H., Aero-Thermal Aspects of Endwall Cooling Flows in a Gas Turbine Nozzle Guide Vane, Doctoral Thesis, University Of Minnesota, 2019.
- Thole K., The Gas Turbine Handbook, National Energy Technology Laboratory US, Chapter 4.2.3. Airfoil Endwall Heat Transfer, 2006.
- Ligrani P., Potts G., Fatemi A., Endwall aerodynamic losses from turbine components within gas turbine engines, Propulsion and Power Research, 6 (1), 1-14, 2017.
- Wei N., Significance of loss models in aerothermodynamic simulation for axial turbines, Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, 2000.
- Elwan W.M., Shaalan M.R., Nassief M.M., Gobran M.H., Effects of varying tip clearance and axial flow turbine stage performance (Present State of the Art), The Egyptian International Journal of Engineering Sciences and Technology, 18 (4), 218-228, 2015.
- Moon Y.J., Koh S.R., Counter-rotating streamwise vortex formation in the turbine cascade with endwall fence, Computers and Fluids, Pergamon, 473-490, 2001.
- Kawai T., Adachi T., Shinoki S., Secondary flow control and loss reduction in a turbine cascade using endwall fences, The Japan Society of Mechanical Engineers International Journal, Series II,32 (3), 1989.
- Kawai T., Shinoki S., Adachi T., Visualization study of three- dimensional flows in a turbine cascade endwall region”, JSME International Journal, Series II, 33 (2), 256-264, 1990.
- Kumar K.N., Govardhan M., Secondary flow loss reduction using endwall fences in a turbine cascade, Proceedings of the 13th Asian Congress of Fluid Mechanics, 659-662, Dhaka-Bangladesh, December 17-21, 2010.
- Kumar K.N., Govardhan M., Visualization of flow through the turbine blade cascade with optimized streamwise boundary layer fence, Journal of Flow Visualization & Image Processing, 19 (1), 57-80, 2012.
- Goswami S.M., Govardhan M., Effect of lean on performance of an axial compressor rotor with circumferential casing grooves, ISROMAC 2016 International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Hawaii, Honolulu, April 10-15, 2016.
- Zhu M-M., Qiang X-Q., Teng J-F., Numerical loss analysis on slot-type casing treatment in a transonic compressor stage, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 55 (1), 293-306, 2017.
- Shivayogi A.K., Nagpurwala Q.H., Deshpande M.D., Numerical studies on the effect of slotted casing treatment on the performance of a transonic axial flow compressor, SASTECH 63, 8 (2), September 2009.
- Doshi M.S., Computational prediction of a large scale HP türbine flow against measured aerodynamic data, the Pennstate University, Department of Aerospace Engineering, MSc Thesis, December 2018.
- Maral H., Senel C.B., Kavurmacıoğlu L.A., Eksenel gaz türbinlerinde kanat ucu akışının sayısal incelenmesi: kanat ucu boşluğunun ve bağıl hareketin etkisi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 37 (1), 79-92, 2017.
- Senel C.B., Maral H., Kavurmacioğlu L.A., Camcı, C., Casing grooves to improve aerodynamic performance of a HP turbine blade, Elsevier Aerospace Science and Technology, 76 (2018), 194-203, 2018.
- El-Batsh H.M., Nada S.A., Abdo S.N., El-Tayesh A.A., Effect of secondary flows on heat transfer of a gas turbine blade, International Journal of Rotating Machinery, 2013, Article ID 797841, 2013.
- Menter F., Ferreira C., Esch T., Konno B., The SST turbulence model with improved wall treatment for heat transfer predictions in gas turbines, Proceedings of the International Gas Turbine Congress, IGTC 2003-TS-059, Tokyo, Japan, November 2-7, 2003.
- Ataş S., Lineer dizilmiş türbomakina kanatları arasındaki ikincil akışların sabit referans düzleminde sayısal olarak incelenmesi, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
- Denton J.D., Loss mechanisms in turbomachines, Journal of Turbomachinery, 115, 621-655, 1993.
| APA | YILDIRIM E, Kavurmacioglu L (2023). Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. , 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| Chicago | YILDIRIM EMRE,Kavurmacioglu Levent Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. (2023): 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| MLA | YILDIRIM EMRE,Kavurmacioglu Levent Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. , 2023, ss.357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| AMA | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. . 2023; 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| Vancouver | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. . 2023; 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| IEEE | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L "Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi." , ss.357 - 370, 2023. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| ISNAD | YILDIRIM, EMRE - Kavurmacioglu, Levent. "Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi". (2023), 357-370. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.686234 |
| APA | YILDIRIM E, Kavurmacioglu L (2023). Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(1), 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| Chicago | YILDIRIM EMRE,Kavurmacioglu Levent Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.1 (2023): 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| MLA | YILDIRIM EMRE,Kavurmacioglu Levent Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.1, 2023, ss.357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| AMA | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| Vancouver | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 357 - 370. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| IEEE | YILDIRIM E,Kavurmacioglu L "Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.357 - 370, 2023. 10.17341/gazimmfd.686234 |
| ISNAD | YILDIRIM, EMRE - Kavurmacioglu, Levent. "Eksenel türbin kanatları arasında oluşan ikincil akış kayıplarının birleşik bariyer-yivleme yöntemi uygulanarak azaltılmasının sayısal olarak incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/1 (2023), 357-370. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.686234 |
