CÔNG BỐ NỔI BẬT TRƯỜNG CƠ KHÍ 2021-2022

“Numerical Investigation of Heat Transfer Characteristics of Pin-Fins with Roughed Endwalls in Gas Turbine Blade Internal Cooling Channels”

Khanh-Duy Cong Do, Duy-Hung Chung, Dang-Quoc Tran, Cong-Truong Dinh^*, Quang-Hai Nguyen and Kwang-Yong Kim

International Journal of Heat and Mass Transfer; IF: 5.431, CiteScore: 10.5

Doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123125

Giới thiệu về nội dung nghiên cứu công bố:

Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật phát triển mạnh, sự cần thiết để tăng hiệu suất trao đổi nhiệt của động cơ tua bin khí vẫn đang được chú trọng nghiên cứu. Trong đó phương pháp làm mát bằng ma trận cột được sử dụng ở mép ra của lá cánh tua bin để cùng lúc tăng kết cấu cho cánh và tăng trao đổi nhiệt. Các bài nghiên cứu về ma trận cột trước đây đều tập trung vào nghiên cứu sự thay đổi hình dạng các cột trụ và các cấu trúc dòng chảy. Tuy nhiên, phần tường nhiệt có ảnh hưởng đến các tương tác giữa dòng khí lạnh và nhiệt của cột trụ thì chưa được nghiên cứu. Bài nghiên cứu của nhóm tác giả đã cải tiến hình dạng của tường nhiệt với hai dạng tường lõm và tường lồi cho các điều kiện dòng khí có vận tốc khác nhau.

Kết quả cho thấy, với các thiết kế mới này của tường nhiệt, vùng đặc tính trao đổi nhiệt cao gần các cột được mở rộng ra tương đối so với tường trơn. Trong khi đó, các thiết kế mới tăng trao đổi nhiệt trên tường, thể hiện bằng hiệu suất trao đổi nhiệt tăng 15.9% và 37.8% đối với tường lồi và tường lõm so với tường nhiệt trơn. Sau đó, độ lồi/lõm của hai thiết kế được thay đổi và nghiên cứu. Với tường lồi, hiệu suất trao đổi nhiệt sẽ đạt cực đại tại và dao động xung quanh điểm cân bằng với độ tăng 41.5% so với tường nhiệt trơn. Bên cạnh đó, kết quả với tường lõm nhận được cho thấy với độ lõm nhỏ, sự mất mát thể hiện bằng hệ số ma sát có quan sát được sự giảm, trong khi đó hiệu suất trao đổi nhiệt vẫn tăng đáng kể. Hiệu suất trao đổi nhiệt cao nhất ghi nhận được lên đến 77.7%.

Các kết quả này cho thấy tiềm năng lớn trong việc tăng trao đổi nhiệt bằng cách tối ưu hóa hình dạng của kênh nhiệt, và có thể áp dụng trong ngành công nghiệp trong tương lai. Bài công bố mở ra một con đường nghiên cứu mới với các nghiên cứu về trao đổi nhiệt vì độ tương tác giữa tường nhiệt và các vận cản phụ thuộc rất lớn vào hình dạng của tường nhiệt. Điều này lại ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng trao đổi nhiệt giữa dòng lạnh và nhiệt nóng từ các tường.

 

Hình 1. Cánh tuabin khí có dạng tường nhiệt thay đổi
 

Hình 2. Các thiết kế lõm và lồi

Hình  3. Lưới của miền tính toán
 

Hình 4. So sánh hiệu suất trao đổi nhiệt của các thiết kế
 

Hình 5. So sánh phân bố số Nusselt trên tường nhiệt của các trường hợp thiết kế
 

Hình 6. Sự thay đổi của số Nusselt, hệ số ma sát và hiệu suất trao đổi nhiệt của tường lồi
 

TS. Đinh Công Trường

• Địa chỉ làm việc: P 309, C3 – Đại học BKHN, số 1- Đại Cồ Việt, Hà Nội 
• Email: truong.dinhcong@hust.edu.vn