Transferencia de Calor en Flujo Turbulento y Mejora del Estrés Térmico en el Enfriamiento del Bisel de la Paleta de Turbina de Gas con Estructura TPMS Tipo Diamante
Autores: Yeranee, Kirttayoth; Rao, Yu; Xu, Chao; Zhang, Yueliang; Su, Xiyuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Transferencia de Calor en Flujo Turbulento y Mejora del Estrés Térmico en el Enfriamiento del Bisel de la Paleta de Turbina de Gas con Estructura TPMS Tipo Diamante
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Fabricación aditiva
Estructuras de enfriamiento
Diamante-TPMS
Palas de turbina de gas
Transferencia de calor
Estrés térmico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La fabricación aditiva permite la fabricación de estructuras de enfriamiento relativamente complejas, como las superficies mínimas periódicas triplemente periódicas (TPMS), que ofrecen una alta transferencia de calor por unidad de volumen. Este estudio muestra la transferencia de calor por flujo turbulento y el estrés térmico de la topología Diamond-TPMS en el canal del borde de salida de la pala de la turbina de gas. Se ejecuta el análisis térmico-fluido-sólido de la estructura Diamond-TPMS, hecha de GTD111 solidificado direccionalmente, en condiciones casi realistas de turbina de gas, y los resultados se comparan con la matriz de aletas de pin convencional a un número de Reynolds de 30,000. En comparación con la estructura de aletas de pin de referencia, el modelo Diamond-TPMS distribuye las características del flujo de manera más uniforme a lo largo del canal. La mejora general en la transferencia de calor, la relación del factor de fricción y el rendimiento térmico aumentan en un 145.3%, 200.9% y 32.5%, respectivamente. La temperatura, el desplazamiento y el estrés térmico en el modelo Diamond-TPMS también se distribuyen de manera más uniforme. La temperatura promedio en la superficie externa del modelo Diamond-TPMS es inferior a la de la matriz de aletas de pin de referencia en un 19.9%. La red Diamond-TPMS en el canal de enfriamiento en forma de cuña ayuda a reducir el desplazamiento de volumen debido a la expansión térmica del material en un 29.3%. Además, el estrés von Mises promedio en volumen en la estructura Diamond-TPMS se reduce en un 28.8%.
Descripción
La fabricación aditiva permite la fabricación de estructuras de enfriamiento relativamente complejas, como las superficies mínimas periódicas triplemente periódicas (TPMS), que ofrecen una alta transferencia de calor por unidad de volumen. Este estudio muestra la transferencia de calor por flujo turbulento y el estrés térmico de la topología Diamond-TPMS en el canal del borde de salida de la pala de la turbina de gas. Se ejecuta el análisis térmico-fluido-sólido de la estructura Diamond-TPMS, hecha de GTD111 solidificado direccionalmente, en condiciones casi realistas de turbina de gas, y los resultados se comparan con la matriz de aletas de pin convencional a un número de Reynolds de 30,000. En comparación con la estructura de aletas de pin de referencia, el modelo Diamond-TPMS distribuye las características del flujo de manera más uniforme a lo largo del canal. La mejora general en la transferencia de calor, la relación del factor de fricción y el rendimiento térmico aumentan en un 145.3%, 200.9% y 32.5%, respectivamente. La temperatura, el desplazamiento y el estrés térmico en el modelo Diamond-TPMS también se distribuyen de manera más uniforme. La temperatura promedio en la superficie externa del modelo Diamond-TPMS es inferior a la de la matriz de aletas de pin de referencia en un 19.9%. La red Diamond-TPMS en el canal de enfriamiento en forma de cuña ayuda a reducir el desplazamiento de volumen debido a la expansión térmica del material en un 29.3%. Además, el estrés von Mises promedio en volumen en la estructura Diamond-TPMS se reduce en un 28.8%.