DOI: https://doi.org/10.20998/2078-774X.2017.08.05

Augmentation Factors of the Film Cooling Configuration Using Two Rows of Inclined Cylindrical Holes Placed Inside Hemispherical Dimples

Artem Khalatov, Nadiia Panchenko, Mariia Bezliudna

Анотація


The modern high-performance gas turbine engines operate at the temperatures exceeding the melting temperature of construction materials, which require the blade cooling. Usually the gas turbine blades apply high-developed cooling system including the external film cooling promoting the higher operational durability and longer blade service life. Then film cooling efficiency depends strongly from the method of coolant supply onto the blade surface. Currently the published results contain some data, regarding the type of coolant supply. Analysis of this data has shown that coolant supply into hemispherical dimple is one of the perspective schemes, providing the high rate of film cooling efficiency. The interesting scientific task is investigation of physical structure near the cooled surface and identification of reasons influencing greater film cooling efficiency compared with traditional cooling technique. For this reason using the ink spot technique the surface streamline visualization was performed for the traditional cooling scheme, as well as the coolant supply into hemispherical dimples. The numerical simulation was made using ANSYS CFX 14 code along with k-eturbulence model, the blowing factor was varied from 0.5 to 2.0. The analysis of results obtained has shown that scheme with a coolant supply into hemispherical dimples reduces the flow separation length and the intensity of pair ("kidney") vortex.


Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Davidson, F. D., Kistenmacher, D. and Bogard, D. (2012), "Film cooling with a thermal barriercoating:roundholes,cratersandtrenches", Journal of Turbomachinery, Vol. 136 No. 4, pp. 1757–1768,doi:10.1115/GT2012-70029.

Lu, Y., Dhungel, A., Ekkad, V. and Bunker, R. S. (2009), "Effect of trench width and depth on film cooling from cylindricalholesembedded in trenches", Journal of Turbomachinery, Vol. 131 No. 1, pp. 011003–011013, doi:10.1115/1.2950057.

Colban, W. F., Thole, K. A. and Bogard, D. (2010), "A film-cooling correlation for shaped holes on a flat-platesurface",Journal of Turbomachinery. Vol. 133, pp. 011002-1–11002-11, doi:10.1115/1.4002064.

Khalatov, A. A., Borisov, I. I., Panchenko, N. A., Dashevskyy, Yu. J. and Kovalenko, A. S. (2014), "Flat plate film coolingfroma double jet holes: influence of free-stream turbulence and flow acceleration", ThermophysicsandAeromechanics,Vol.21No.5, pp. 545–552, ISSN 0869-8643, doi: 10.1134/S0869864314050023.

Petelchyts, V. Yu., Pysmennyi, D. N. and Dashevskyy, Yu. Ya. (2015), "Vliyanie orientatsii ryadov otverstiy natsilindricheskomuchastke vhodnoy kromki na effektivnost plenochnogo ohlazhdeniya [Influence ProducedbytheOrientationofSlotRows in the Cylindrical Section of the Entrance Edge on the Film Deposition Efficiency]²,BulletinofNTU"KhPI". Series: Powerandheat engineering processes and equipment, no. 15(1124), pp. 69–75.ISSN2078-774Х.

Khalatov, A. A., Varhanov, I. V. and Kovalenko, H. V., "Institute of engineering thermophysics (2004) "Sposibplivkovogooholodzhennya ta pristriy dlya yogo zdiysnennya [Method of film cooling and appliance foritsimplementation]",StateRegisterofPatents of Ukraine, Kiev, UA, Pat. No. 47749.

Khalatov, A. A., Borisov, I. I., Panchenko, N. A., Bezliudna, M. V. and Dashevskyy, Yu. J. (2014),²Eksperimentalnoeissledovanie dvuhryadnyih shem plenochnogo ohlazhdeniya [The experimental study of doublerowfilmcoolingschemes]²,Reportsof VI Russian National Conference on Heat Transfer, 27-31 Oct. [Electronic],MEIPublishingHouse,Moscow, Russian.

Khalatov А. А., Borisov I. I., Bezludna M. V., Panchenko N. A. and Dashevskyy Yu. J. (2015), ²Perspektivnyiesposobyiplenochnogo ohlazhdeniya: vliyanie uskoreniya osnovnogo potoka [Advanced Methods of theFilmDeposition:InfluenceoftheAcceleration of the Main Flow], Bulletin of NTU "KhPI". Series: Power andheatengineeringprocessesand equipment,No.15(1124), pp. 56–62. ISSN 2078-774Х.

Khalatov, A. A., Bezliudna, M. V., Dashevskyy, Yu. J., Severin, S. D. and Borisov, I. I. (2013), ²Plenochnoeohlazhdenieploskoy plastinyi pri vyiduve ohladitelya cherez kruglyie otverstiya v dvuhryadnoy sistemesfericheskihuglubleniy[Tapecoolingofthe flat plate of the cooler blow throught round opening in two-row systemofsphericaldeepenings]²,Pumps.Turbines.Systems, No. 4(9), pp. 47–55, ISSN 2226-177X.

Kovalenko, H. V. and Khalatov, A. A. (2008), ²Granitsyi rezhimov techeniya v uglubleniyah na ploskoypoverhnosti,imeyuschih formu sfericheskih segmentov [The boundaries of flow regimes in the pits on a flat surfaceintheshapeofsphericalsegments]², Applied Hydromechanics, Vol. 10(82) No 1, pp. 23–32, ISSN 1561-9087.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1 Davidson, F. D. Film cooling with a thermal barrier coating: round holes, craters and trenches /F.D.Davidson,D.Kistenmacher,D. Bogard // Journal of Turbomachinery. – 2012. – Vol. 136, No.4. – Р. 1757-1768. –doi:10.1115/GT2012-70029.
2 Lu, Y. Effect of trench width and depth on film cooling from cylindrical holes embedded in trenches / Y. Lu, A. Dhungel,V.Ekkad, R. S. Bunker // Journal of Turbomachinery. – 2009. – Vol. 131, No.1. – P. 011003–011013.doi:10.1115/1.2950057.
3 Colban W. F. A film-cooling correlation for shaped holes on a flat-plate surface / W. F. Colban, K. A. Thole, D. Bogard//Journal of Turbomachinery. – 2010. – Vol. 133, No.1. – P. 011002-1–11002-11. – doi:10.1115/1.4002064.
4 Khalatov, A. A. Flat plate film cooling from a double jet holes: influence of free-stream turbulence and flow acceleration / A.A.Khal atov, I. I. Borisov, N. A. Panchenko, Yu. J. Dashevskyy, A. S. Kovalenko // Thermophysics and Aeromechanics. –2014.–Vol. 21, No 5. – P. 545–552. – ISSN 0869-8643. – doi: 10.1134/S0869864314050023.
5 Петельчиц, В. Ю. Влияние ориентации рядов отверстий на цилиндрическом участке входной кромкинаэффективность пленочного охлаждения / В. Ю. Петельчиц, Д. Н. Письменный, Ю. Я.Дашевский//ВісникНТУ«ХПІ».Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – 2015. – № 15(1124). –С.69–75. – Бібліогр.:7назв. – ISSN 2078-774Х.
6 Спосіб плівкового охолодження та пристрій для його здійснення : патент 47749: МПК: F01D5/00 / Халатов А.А.,Варганов І. С., Коваленко Г. В. ; заявитель и патентообладатель Институт технической теплофизики. –№2001096063;заявл. 03.09.01 ; опубл. 15.12.04, Бюл. № 12. – 3 с. : ил.
7 Халатов, А. А. Экспериментальное исследование двухрядных схем пленочного охлаждения [Электронный ресурс]/А. А. Халатов, И. И. Борисов, Н. А. Панченко, М. В. Безлюдная, Ю. Я. Дашевский // Сборник трудов РНКТ-6. –Россия,Москва, 27–31 октября 2014 г. – С. 297–300. 1 электрон. опт. диск (СD-ROM). – Загл. с этикетки диска.
8 Халатов, А. А. Перспективные способы пленочного охлаждения: влияние ускорения основного потока / А.А.Халатов, И. И. Борисов, М. В. Безлюдная, Н. А. Панченко, Ю. Я. Дашевский // ВісникНТУ«ХПІ».Серія:Енергетичнітатеплотехнічні процеси й устаткування. – 2015. – № 15(1124). – C. 56–62. –Бібліогр.:5 назв.–ISSN 2078-774X.
9 Халатов, А. А. Пленочное охлаждение плоской пластины при выдуве охладителя через круглые отверстиявдвухрядной системе сферических углублений / А. А. Халатов, М. В. Безлюдная, Ю. Я. Дашевский,С.Д.Северин,И.И.Борисов // Насосы. Турбины. Системы. – 2013. – № 4(9). – С. 47–55. – ISSN 2226-177X.
10 Коваленко, Г. В. Границы режимов течения в углублениях на плоской поверхности, имеющих формусферическихсегментов / Г. В. Коваленко, А. А. Халатов // Прикладная гидромеханика. – 2008. – Т. 10(82), №1. –С. 23–32. –ISSN1561-9087.