Modelado BEM Eficiente de la Transferencia de Calor en las Palas de Turbina de Aero-Partes
Autores: Hsiao, Yue-Fang; Shiah, Yui-Chuin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado BEM Eficiente de la Transferencia de Calor en las Palas de Turbina de Aero-Partes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Palas de turbina
Conducción de calor
Método de elementos de contorno
Recubrimiento de barrera térmica
Pasajes de aire de enfriamiento
Eficiencia computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
El modelado de las palas de la turbina en aero-partes presenta dificultades en las técnicas de solución de dominio convencionales, especialmente cuando se aplican pasajes de aire de enfriamiento interno y un recubrimiento de barrera térmica (TBC). Este artículo presenta un modelado 3D muy eficiente de la conducción de calor anisotrópica en las palas de la turbina con el método de elementos de contorno (BEM), donde se consideran tanto el TBC como los pasajes de aire de enfriamiento. El BEM es muy ideal para este modelado, ya que solo se requieren mallas de contorno; sin embargo, surgirá un problema serio de integración casi singular al modelar con mallas gruesas. En este artículo, se aplica un algoritmo de modelado y computación eficiente utilizando el BEM para la simulación de la conducción de calor en las palas de la turbina de aero-partes. El presente trabajo propone un modelo BEM simplificado para reemplazar múltiples capas delgadas de recubrimiento en la parte superior de la pala. Al final, se ilustra la veracidad del código BEM implementado así como su eficiencia computacional con algunos ejemplos, mostrando que la temperatura establecida en el sustrato puede reducirse en un 20% al emplear un TBC. En comparación con los análisis realizados con ANSYS, los porcentajes de diferencia estaban dentro del 2%, mientras que el tiempo de CPU gastado por el algoritmo BEM fue aproximadamente 1/8 del de ANSYS, sin mencionar los esfuerzos de malla ahorrados al adoptar un tratamiento de convección equivalente.
Descripción
El modelado de las palas de la turbina en aero-partes presenta dificultades en las técnicas de solución de dominio convencionales, especialmente cuando se aplican pasajes de aire de enfriamiento interno y un recubrimiento de barrera térmica (TBC). Este artículo presenta un modelado 3D muy eficiente de la conducción de calor anisotrópica en las palas de la turbina con el método de elementos de contorno (BEM), donde se consideran tanto el TBC como los pasajes de aire de enfriamiento. El BEM es muy ideal para este modelado, ya que solo se requieren mallas de contorno; sin embargo, surgirá un problema serio de integración casi singular al modelar con mallas gruesas. En este artículo, se aplica un algoritmo de modelado y computación eficiente utilizando el BEM para la simulación de la conducción de calor en las palas de la turbina de aero-partes. El presente trabajo propone un modelo BEM simplificado para reemplazar múltiples capas delgadas de recubrimiento en la parte superior de la pala. Al final, se ilustra la veracidad del código BEM implementado así como su eficiencia computacional con algunos ejemplos, mostrando que la temperatura establecida en el sustrato puede reducirse en un 20% al emplear un TBC. En comparación con los análisis realizados con ANSYS, los porcentajes de diferencia estaban dentro del 2%, mientras que el tiempo de CPU gastado por el algoritmo BEM fue aproximadamente 1/8 del de ANSYS, sin mencionar los esfuerzos de malla ahorrados al adoptar un tratamiento de convección equivalente.