การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน
วิทยานิพนธ์ (วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล))--มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2563
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | Thai |
| Published: |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19124 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | Thai |
| id |
th-psu.2016-19124 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
Thai |
| topic |
การไหลของอากาศ เจ็ต พลศาสตร์ของไหล ความร้อน การถ่ายเท |
| spellingShingle |
การไหลของอากาศ เจ็ต พลศาสตร์ของไหล ความร้อน การถ่ายเท ฐานทัพ นนท์ตุลา การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| description |
วิทยานิพนธ์ (วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล))--มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2563 |
| author2 |
ชยุต นันทดุสิต |
| author_facet |
ชยุต นันทดุสิต ฐานทัพ นนท์ตุลา |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
ฐานทัพ นนท์ตุลา |
| author_sort |
ฐานทัพ นนท์ตุลา |
| title |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| title_short |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| title_full |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| title_fullStr |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| title_full_unstemmed |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| title_sort |
การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน |
| publisher |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19124 |
| _version_ |
1784859629071630336 |
| spelling |
th-psu.2016-191242023-12-04T06:50:50Z การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุน Study of Heat Transfer Characteristics of Impinging Jets in Rotating Flow Channel ฐานทัพ นนท์ตุลา ชยุต นันทดุสิต Faculty of Engineering Mechanical Engineering คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล การไหลของอากาศ เจ็ต พลศาสตร์ของไหล ความร้อน การถ่ายเท วิทยานิพนธ์ (วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล))--มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2563 Gas turbine engines are widely used in electric generation in power plants and jet propulsion in an aircraft engine. In general, the gas turbine blade is the most critical part, because it must operate under high temperatures and high-rotational speed conditions. This leads to damage from high thermal loads. Nowadays, the turbine inlet temperature (TTT) is higher than the melting point temperature of the blade material. Therefore, the blades of a gas turbine must have a cooling system to protect its damage. Impinging jet is one of the methods for internal turbine blade cooling by using an array of jets impinging on the internal wall of the blade, which gives high heat transfer rate. The main objective of this research is to study flow and heat transfer characteristics of impinging jets in the rotational channel to simulate the cooling system of gas turbine blades under rotation conditions. In this study, a row of 13 orifice jet holes with diameter, D = 5 mm were used to impinge on the wall in a channel having width and pitch distance between orifices at 5 = 4D. The study parameters included jet Reynolds number Re = 6,000, 7,500, and 9,000, jet-to-impingement distance H = 2D, 4D, and 6D, rotational speed of the channel N = 0, 50, 100, 150, 200, and 250 rpm (under rotation number R-0 to 0.0069). Besides, the effect of the rotation direction was studied for two types: same with jet flow direction and opposite to jet flow direction. And, three patterns of flow channel outlet were investigated: one-way flow exit and the flow direction toward the rotation axis, one-way flow exit and the flow direction outwards the rotation axis, and two-way flow channel exits and the flow direction towards and outwards the rotation axis. For heat transfer measurement, thermochromic liquid crystals (TLC) sheet which has a property of changing colour according to temperature was applied with image processing technique to evaluate temperature on the impingement surface with constant heat flux. The flow characteristics were also investigated by the computational fluid dynamics software, ANSYS ver. 15.0 (Fluent). The results show that the heat transfer characteristic of impinging jets in the case of a two-way flow exit pattern at the jet-to-impingement distance H = 2D under stationary case (R,-0.0) gave the highest of average Nusselt number when compared to other flow exit patterns and the different jet-to-impingement distances. Besides, it gave the most uniform Nusselt number distribution on the impingement surface. The average Nusselt number in the case of Re = 9,000 and impingement distance H = 2D was higher than the case of one-way flow exit with flow direction towards the rotation axis and the case of one-way flow channel exit with flow direction outwards the rotation axis about 10.17% and 10.56%, respectively. Because the case of two- way flow exits gained well airflow and the jet flows were less influenced by the crossflow. This can be observed from the flow, and jet flow velocity at the exit had a similar velocity for each jet holes. On the other hand, the case of one-way flow exit at the jet position near the channel exit, the cross-flow had a high velocity and also gained the strong influence of the crossflow, causing the jet flow was bent significantly. In the case of rotation, it was found that the two-way flow exits at the jet-to- impingement distance H = 2D, the Coriolis force acting on crossflow in the flow channel, was cancelled. Only the centrifugal force did not interfere with heat transfer in the flow channel at low impingement distance. For case of rotation number R, = 0.0037, the average Nusselt number for rotation direction at the same direction and the opposite direction of the jet flow was the higher than about 7.87% and 8.40% when compared to the stationary case. เครื่องยนต์กังหันแก๊สถูกใช้งานอย่างกว้างขวางในการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าและการขับเคลื่อนของอากาศยาน โดยปกติใบพัดกังหันแก๊สเป็นส่วนที่สําคัญที่สุด เนื่องจากต้องทํางานภายใต้ สภาวะอุณหภูมิที่สูงและหมุนที่สภาวะความเร็วรอบสูง ทําให้มีโอกาสเสียหายจากภาระความร้อนที่สูง ปัจจุบันอุณหภูมิที่ทางเข้าชุดกังหันแก๊สสูงกว่าอุณหภูมิที่วัสดุทํากังหันใบพัดจะทนได้ จึงต้องมีการ ระบายความร้อนในใบพัดกังหันแก๊สด้วยเพื่อป้องกันความเสียหาย การใช้เจ็ทพุ่งชนเป็นวิธีการระบาย ความร้อนภายในใบพัด โดยใช้กลุ่มของอากาศไหลปะทะผนังด้านในของใบพัด ให้การถ่ายเทความ ร้อนที่สูง ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ที่จะศึกษาลักษณะการถ่ายเทความร้อนและการไหลของแถวเจ็ทพุ่งชนในช่องการไหลแบบหมุนรอบแกน เพื่อจําลองการระบายความร้อนของใบพัดกังหันแก๊สในสภาวะที่หมุน ในการศึกษาใช้แถวของรูเจ็ทแบบออริฟิสที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง D-5 mm จํานวน 13 รูไหลปะทะกับผนังของช่องการไหลที่มีความกว้างของช่องการไหลและระยะห่างระหว่างรูเจ็ทที่ S-4D โดยตัวแปรที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ ค่าเรย์โนล์ดนัมเบอร์ของเจ็ทที่ Re-6,000, 7,500 และ 9,000 ระยะจากทางออกรูเจ็ทถึงผนังที่เจ็ทพุ่งชน H-2D, 4D และ 6D ความเร็วรอบของการหมุน ของช่องการไหล 0, 50, 100, 150, 200 และ 250 รอบต่อนาที (ภายใต้ตัวเลขการหมุน R.-0 ถึง 0.0069) นอกจากนี้ศึกษาผลของทิศทางการหมุนของช่องการไหล 2 แบบ คือ ตามทิศการไหลของลํา เจ็ทและตรงข้ามทิศการไหลของลําเจ็ท และรูปแบบทางออกของช่องการไหล 3 รูปแบบ ได้แก่ รูปแบบทางออกของช่องการไหลทางเดียวมีทิศทางการไหลเข้าหาแกนการหมุน รูปแบบทางออกของ ช่องการไหลทางเดียวมีทิศทางการไหลออกจากแกนการหมุน และรูปแบบทางออกของช่องการไหล แบบสองทางที่มีทิศไหลเข้าและออกจากแกนการหมุน สําหรับการวัดการถ่ายเทความร้อนบนพื้นผิว ใช้แผ่น Thermochromic Liquid Crystal (TLC) ที่มีสมบัติการเปลี่ยนสีตามอุณหภูมิร่วมกับเทคนิค การวิเคราะห์ภาพในการวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวที่มีฟลักซ์ความร้อนคงที่ และศึกษาลักษณะการไหลด้วยโปรแกรมคํานวณทางพลศาสตร์ของไหล ANSYS Ver.15.0 (Fluent) จากผลการศึกษาพบว่าการถ่ายเทความร้อนของเจ็ทพุ่งชนที่เงื่อนไขรูปแบบทางออกของช่องการไหลแบบสองทางที่ระยะพุ่งชน H-2D ในกรณีหยุดนิ่งให้ค่านัสเซิสต์นัมเบอร์เฉลี่ยที่สูงที่สุดเมื่อ เทียบกับระยะพุ่งชนและรูปแบบทางออกอื่น อีกทั้งให้การกระจายของค่านัสเซิสต์นัมเบอร์บนพื้นผิวที่สม่ําเสมอที่สุด โดยที่เงื่อนไข Re-9,000 และระยะพุ่งชน H-2D ให้ค่านัสเชิลต์นัมเบอร์เฉลี่ยสูงกว่า กรณีของรูปแบบทางออกของช่องการไหลทางเดียวมีทิศทางการไหลเข้าหาแกนการหมุน และรูปแบบทางออกของช่องการไหลทางเดียวมีทิศทางการไหลออกจากแกนการหมุนเท่ากับ 10.17% และ 10.56% ตามลําดับ เนื่องมาจากรูปแบบทางออกของช่องการไหลที่มีทางออกสองทาง ส่งผลให้อากาศไหลออกจากช่องการไหลได้ดีกว่าและลําเจ็ทได้รับอิทธิพลจากกระแสไหลตัดน้อย สังเกตได้ จากการไหลและความเร็วที่บริเวณปากทางออกเจ็ทมีความเร็วในแต่ละตําแหน่งเจ็ทที่ใกล้เคียงกัน ต่างจากอีกสองรูปแบบที่มีทางออกของช่องการไหลเพียงทางเดียว ที่ตําแหน่งเจ็ทบริเวณใกล้กับทางออกของช่องการไหลจะมีความเร็วสูงและรับอิทธิผลของกระแสไหลตัดทําให้ลําเจ็ทเอียงตัวออกไปมาก ในกรณีที่ของการไหลมีการหมุน พบว่ารูปแบบทางออกแบบสองทางที่ระยะพุ่งชน H-2D แรงโคริออลิสที่กระทํากับกระแสไหลตัดภายในช่องการไหลมีทิศทางหักล้างกัน มีเพียงแรงหนี ศูนย์กลางที่ไม่ได้รบกวนการถ่ายเทความร้อนในช่องการไหลที่ระยะพุ่งชนต่ํา ทําให้ที่เงื่อนไขค่าตัวเลข การหมุน R-0.0037 มีค่านัสเซิสต์นัมเบอร์เฉลี่ย ในกรณีการหมุนทิศทางเดียวกับการไหลลําเจ็ทและ ในกรณีการหมุนทิศทางตรงข้ามกับการไหลลําเจ็ทสูงที่สุดโดยเพิ่มขึ้น 7.87% และ 8,40% เมื่อเทียบกับกรณีช่องการไหลหยุดนิ่งตามลําดับ 2023-12-04T06:50:50Z 2023-12-04T06:50:50Z 2020 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19124 th Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |