Investigación Numérica de la Influencia de la Onda de Entropía en las Características de Transferencia de Calor Acústico y de Pared de una Paleta Guía de Turbina de Alta Presión
Autores: Hu, Keqi; Fang, Yuanqi; Zheng, Yao; Wang, Gaofeng; Moreau, Stéphane
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Artes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Como fuente de ruido indirecto generada en la cámara de combustión, las ondas de entropía son ampliamente prevalentes en las turbinas de gas modernas y en los motores aéreos. En el presente trabajo, se investiga la influencia de las ondas de entropía en el campo de flujo aguas abajo de una paleta guía de turbina. El trabajo se basa principalmente en una configuración experimental bien conocida llamada LS89. Se utilizan dos modelos de turbulencia diferentes en las simulaciones, que son el modelo estándar y el modelo de simulación adaptativa a la escala (SAS). Para abordar el posible problema de transición, el modelo de transición ð-Re de Menter se acopla con ambos modelos. Los casos base se simulan primero con los dos modelos de turbulencia diferentes sin ninguna perturbación entrante. Luego, se simula un caso forzado con un tren de ondas de entropía establecido en la entrada de la turbina a una frecuencia y amplitud dadas. Los resultados muestran que el número de Mach máximo aguas abajo aumenta de 0.98 a 1.16, porque las ondas de entropía incrementan la temperatura local del campo de flujo; además, el par de la paleta varía a medida que las ondas de entropía pasan, la magnitud de la oscilación es del 7% del caso no forzado. En cuanto a la transferencia de calor en la pared (tanto en el lado de succión como en el lado de presión de la paleta), las ondas de entropía hacen que el coeficiente de transferencia de calor máximo sea casi el doble en el borde de ataque, mientras que el coeficiente de transferencia de calor mínimo se mantiene en un nivel bajo. En lo que respecta al coeficiente de transferencia de calor normalizado promedio, aparece una diferencia máxima del 30% entre el caso base y el caso forzado. Además, durante el proceso de transmisión de las ondas de entropía, la presión local fluctúa con la separación del vórtice de estela. Se encuentra que la magnitud de oscilación de la onda de presión en la garganta se ve aumentada debido a la onda de entropía de entrada al aplicar el método de descomposición de modo dinámico (DMD). Además, se calculan el coeficiente de transmisión de las ondas de entropía y los coeficientes de reflexión y transmisión de las ondas acústicas.
Descripción
Como fuente de ruido indirecto generada en la cámara de combustión, las ondas de entropía son ampliamente prevalentes en las turbinas de gas modernas y en los motores aéreos. En el presente trabajo, se investiga la influencia de las ondas de entropía en el campo de flujo aguas abajo de una paleta guía de turbina. El trabajo se basa principalmente en una configuración experimental bien conocida llamada LS89. Se utilizan dos modelos de turbulencia diferentes en las simulaciones, que son el modelo estándar y el modelo de simulación adaptativa a la escala (SAS). Para abordar el posible problema de transición, el modelo de transición ð-Re de Menter se acopla con ambos modelos. Los casos base se simulan primero con los dos modelos de turbulencia diferentes sin ninguna perturbación entrante. Luego, se simula un caso forzado con un tren de ondas de entropía establecido en la entrada de la turbina a una frecuencia y amplitud dadas. Los resultados muestran que el número de Mach máximo aguas abajo aumenta de 0.98 a 1.16, porque las ondas de entropía incrementan la temperatura local del campo de flujo; además, el par de la paleta varía a medida que las ondas de entropía pasan, la magnitud de la oscilación es del 7% del caso no forzado. En cuanto a la transferencia de calor en la pared (tanto en el lado de succión como en el lado de presión de la paleta), las ondas de entropía hacen que el coeficiente de transferencia de calor máximo sea casi el doble en el borde de ataque, mientras que el coeficiente de transferencia de calor mínimo se mantiene en un nivel bajo. En lo que respecta al coeficiente de transferencia de calor normalizado promedio, aparece una diferencia máxima del 30% entre el caso base y el caso forzado. Además, durante el proceso de transmisión de las ondas de entropía, la presión local fluctúa con la separación del vórtice de estela. Se encuentra que la magnitud de oscilación de la onda de presión en la garganta se ve aumentada debido a la onda de entropía de entrada al aplicar el método de descomposición de modo dinámico (DMD). Además, se calculan el coeficiente de transmisión de las ondas de entropía y los coeficientes de reflexión y transmisión de las ondas acústicas.