Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước lỗ phun trên màng phân phối tới hệ số trao đổi nhiệt khi có dòng ngang

Bài viết sử dụng phần mềm ANSYS-CFX để mô phỏng đặc điểm trao đổi nhiệt của 3 mô hình tấm nhiều lỗ có xét tới dòng ngang với tỉ số vận tốc dòng phun/dòng ngang (VR = 3, 5, 7): 4 lỗ (2x2) đường kính lỗ D = 0,75 mm, 9 lỗ (3x3) D = 0,5 mm, 25 lỗ (5x5) D = 0,3 mm. Kết quả cho thấy mô hình với đường kính càng nhỏ thì dòng ngang càng có ảnh hưởng lớn đến hệ số trao đổi nhiệt, trong đó D = 0,5 mm đem lại hệ số trao đổi nhiệt cao nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước lỗ phun trên màng phân phối tới hệ số trao đổi nhiệt khi có dòng ngang Journal of Science and Technique - N.208 (6-2020) - Le Quy Don Technical University NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC LỖ PHUN TRÊN MÀNG PHÂN PHỐI TỚI HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT KHI CÓ DÒNG NGANG Vũ Đức Mạnh*, Nguyễn Trung Kiên, Đào Trọng Thắng Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn Tóm tắt Màng phân phối là phương pháp làm mát cánh tuabin có hiệu quả cao theo nguyên lý tăng cường hệ số trao đổi nhiệt cục bộ giữa dòng không khí làm mát với bề mặt bên trong của cánh. Đối với màng phân phối có nhiều lỗ phun ở phía lưng (hoặc bụng) cánh, đường kính lỗ phun D là một trong những thông số có ảnh hưởng lớn tới tương tác giữa các dòng phun với dòng ngang từ đầu cánh chảy tới, từ đó làm thay đổi đáng kể phân bố hệ số trao đổi nhiệt ở khu vực này. Bài báo sử dụng phần mềm ANSYS-CFX để mô phỏng đặc điểm trao đổi nhiệt của 3 mô hình tấm nhiều lỗ có xét tới dòng ngang với tỉ số vận tốc dòng phun/dòng ngang (VR = 3, 5, 7): 4 lỗ (2x2) đường kính lỗ D = 0,75 mm, 9 lỗ (3x3) D = 0,5 mm, 25 lỗ (5x5) D = 0,3 mm. Kết quả cho thấy mô hình với đường kính càng nhỏ thì dòng ngang càng có ảnh hưởng lớn đến hệ số trao đổi nhiệt, trong đó D = 0,5 mm đem lại hệ số trao đổi nhiệt cao nhất. Từ khóa: Màng phân phối; trao đổi nhiệt; dòng ngang; RANS. Ký hiệu và chữ viết tắt H: khoảng cách giữa tấm đích và màng phân phối D: đường kính lỗ phun Nu: số Nusselt [n]T: hệ số dự trữ nhiệt G: lưu lượng dòng khí h: hệ số trao đổi nhiệt hsp: hệ số trao đổi nhiệt trung bình theo chiều ngang tấm S/D: bước lỗ tương đối [T]vl: giới hạn nhiệt độ làm việc của vật liệu Tmax: nhiệt độ cực đại VR = uj/uc tỉ số vận tốc giữa dòng phun và dòng ngang tại vị trí đầu nguồn VRi : tỉ số vận tốc giữa dòng phun và dòng ngang tại vị trí lỗ thứ i VRz: tỉ số vận tốc giữa dòng phun và dòng ngang tại vị trí lỗ cuối cùng j: dòng phun cr : dòng ngang ave: giá trị trung bình* Email: ducmanhvu@mta.edu.vn 5Selected Papers of Young Researchers - 20201. Mở đầu Làm mát kiểu màng phân phối là phương pháp tăng cường hệ số trao đổi nhiệt cụcbộ do tạo được vùng động năng hỗn loạn cao và vùng chuyển tiếp của dòng biên từ chảytầng sang chảy rối. Đây là biện pháp có hiệu quả cao, được ứng dụng rộng rãi để tăngcường làm mát cho cánh tuabin, cụ thể là khu vực đầu cánh, bụng và lưng cánh, nó chophép cánh tuabin làm việc trong môi trường lên tới 1400ºC [1]. Kết quả tính toán cho thấy, khu vực lưng cánh phun cao áp động cơ DR 76 chịunhiệt độ cao nhất, ở chế độ định mức Tmax = 1183 K [2], đối chiếu với giới hạn nhiệt độcủa vật liệu ЖС6К ([T]vl = 1273 K [3]) thì hệ số dự trữ nhiệt chỉ là [n]T = [T]vl/Tmax = 1,08tương ứng với [T]vl-Tmax = 90 K, do vậy cần thiết tăng cường làm mát cho khu vực lưngcánh. Phương pháp đơn giản và hiệu quả là bố trí thêm các lỗ phun khí từ màng phânphối thổi trực diện vào bề mặt thành vách bên trong của lưng cánh. Cánh phun này baogồm thân cánh và màng phân phối mới chỉ có lỗ phun ở khu vực đầu vào của cánh [4],do bề mặt bên trong của cánh được coi là nhẵn nên kết cấu màng phân phối quyết địnhđến hiệu quả tăng cường làm mát, mục tiêu ở đây là thay đổi kết cấu màng phân phối đểthu được cường độ trao đổi nhiệt cao nhất. Khi lắp màng phân phối có hệ số trao đổinhiệt cao vào thân cánh thì cánh sẽ được làm mát tốt hơn. Kinh nghiệm nghiên cứu trong trường hợp này là xây dựng và tính toán trên môhình vật lý đồng dạng được đơn giản hóa về mặt kết cấu nhưng vẫn bảo toàn được đặctrưng dòng chảy và trao đổi nhiệt [5-7]. Khu vực lưng cánh và bụng cánh thường đượcđưa về mô hình dạng tấm phẳng [5-8] vì bán kính cong của cánh lớn hơn rất nhiều lầnso với đường kính lỗ phun [5]. Kết quả thu được từ mô hình vật lý này là đặc trưng traođổi nhiệt, cụ thể là hệ số trao đổi nhiệt h hoặc tiêu chuẩn Nu. Hệ số trao đổi nhiệt ở khu vực lưng (bụng) cánh được làm mát bằng màng phânphối chịu ảnh hưởng của các thông số như số Reynold của dòng phun Rej, đường kínhlỗ phun D, khoảng cách H giữa màng phân phối tới bề mặt bên trong của cánh, bước lỗS,... [1]. Vấn đề này được nghiên cứu kỹ lưỡng trong các công trình [6, 9]. Trong trườnghợp có dòng ngang, mô hình 1 lỗ thường được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của tỉlệ vận tốc dòng phun/dòng ngang VR tới hệ số trao đổi nhiệt [10], các biện pháp hạn chếảnh hưởng của VR tới hệ ...