Film soğutmada üçgen iç-bükey kenar şekilli rampanın sayısal optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, film soğutmada aralıklı ve üçgen iç-bükey (AÜİB) rampanın film soğutma etkinliğine ve akış karakteristiklerine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. AÜİB rampa, jet akışı ana akışın etkisinden korumak için yüzey üzerinde film soğutma deliğinin yüzey ile birleştiği ve ana akışın geldiği baş tarafa yerleştirilmiştir. AÜİB rampanın en uygun tasarım parametrelerini belirlemek için 10˚, 25˚ ve 45˚ olmaz üzere üç farklı eğim açısı (αr), 0,15, 0,30 ve 0,50 olmak üzere üç farklı boyutsuz rampa yüksekliği (h/d) incelenmiştir. Bununla birlikte hesaplamalar 0,30, 0,60, 0,85 ve 1,25 üfleme oranında (M) gerçekleştirilmiştir. Gerçek çalışma şartlarına uygun olarak film soğutmanın fiziksel özelliklerini doğru tespit edebilmek için, hesaplamalarda ana akım için hava, yüzeye enjekte edilen akışkan için ise CO2 kullanılmıştır. Buna bağlı olarak jet akışı ile ana akış yoğunluk oranı (YO) 1,50’dir. CO2 yüzeye yüzeyle açısı αj=35˚ olan ve 4 mm çaplı dairesel kesitli jet deliğinden enjekte edilmiştir. Sayısal çalışmalar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği’nde (HAD) kullanılan Ansys FLUENT 19.2 ile Transition k-kl-ω türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar rampanın olmadığı geleneksel düz yüzeyle karşılaştırılmıştır. Sayısal sonuçlara göre rampa yüksekliğinin artması ve rampa açısının azalması FSE’ni arttırmıştır. Alan-ortalamalı FSE’nde geleneksel film soğutmaya göre en yüksek artış h/d=0,50 ve αr=10˚ olan rampa tasarımında %305,44 olarak elde edilmiştir.