Experimental investigation of the effects of tip geometry on the flow and loss characteristics in a linear turbine cascade
Kanat uç geometrilerinin akış ve kayıp karakteristiklerine etkilerinin lineer türbin kaskad düzeneğinde deneysel incelenmesi
- Tez No: 463578
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gaz türbinlerinde verim kayıplarına sebep olan bazı faktörler vardır. Bu turbomakinalardaki iç akışlar göz önüne alındığında, akış içerisinde oluşan girdaplar da bu sebeplerden bir tanesidir. Bu çalışmada gaz türbinlerinde uç girdabı olgusundan kaynaklanan verim kayıplarının oluşum mekanizması araştırılması amaçlanmıştır. Ek olarak, bu mekanizmalara göre, türbin kanatçıklarına iki uç geometrisi uygulanmış ve performans artışları gözlenmiştir. Bu çalışma, bir uç geometrisi en iyileme araştırmasının deneysel bölümüdür ve değişik uç geometrileri arasından HAD tabanlı araştırmalar ile en iyi performan olduğu raporlanan geometrinin test edilerek karşılaştırılmasını sağlayacaktır. Bu araştırma kapsamında, deneyler iki kolda sürdürülmüştür; düz ve uç geometrili kanatçıklar. Bu kollar“İşlem Görmemiş”ve“İşlenmiş”olarak isimlendirilmiştir. İşlem görmemiş durum, referans olarak kabul edilmiştir ve işlenmiş durumlara ait sonuçlar ise referans durum ile karşılaştırılmıştır. İşlenmiş durumlarda pasif bir akış kontrol yöntemi olan tam ve kısmi squealer geometrileri kanatçıklara uygulanmıştır. Bütün deneyler, 7 adet Yüksek Basınç Türbini kanatçığı bulunan lineer kaskad düzeneğinde Kiel ve Beş Delikli sensörler ile yürütülmüştür. Sensörler, kanatçık sırasının 1 eksenel veter gerisinde ve kanat açıklığının üst %50 kısmında taşınarak ölçümler alınmıştır. Hız alanları ve basınç dağılımları detaylı olarak incelendiğinde, uç girdabı ve geçit girdabından oluşan karmaşık bir girdap sistemi ile karşılaşılmıştır. Uç geometrileri uygulandığında ise, uç girdabının etki bölgesi yeri korunmakla beraber genel basınç kaybının azaldığı, geçit girdabının ise oldukça küçüldüğü ve uç girdabına doğru hareketlendiği gözlemlenmiştir. Ek olarak, periyodikliği gayet iyi olan bir yapı daha gözlenmiş, kimliği konusunda bazı araştırmalar ve tahminler yapılmıştır. Elde edilen ölçümlerin tüm sonuçları değerlendirilmiş ve tam squealer geometrisinin basınç kaybı azaltma performansı açısından bu şartlar altında en başarılı geometri olduğu gözlemlenmiştir. Geçit ortalamalı toplam basınç kayıp katsayısı ile yapılan hesaplamalı karşılaştırmalarda, düz uçlu kanatçığa göre, tam squealer uç geometrisi ile %19 ve kısmi squealer uç geometrisi ile de %3 civarında iyileşme gözlenmiştir. Ek olarak, ölçümlerin karşılaştırılması ve tekrarlanabilirliğinin ispatlanması için Kiel ve Beş Delikli sensör ölçümleri karşılıklı kıyaslanmıştır.
Özet (Çeviri)
In gas turbines, there are a number of factors causing efficiency decrease. When internal flow in turbomachines is considered, flow vortices are one of those factors. This study aims to investigate the main mechanisms behind the efficiency losses occurring due to Tip Leakage Vortex (TLV) in gas turbine rotor blades. Additionally, according to these mechanisms, two squealer tip geometries were applied to the turbine blades and the improvements were reported. This work is the experimental branch of an optimum tip geometry investigation and an optimum solution from different squealer geometries were tested and compared with the CFD-based investigations. In the scope of this work, experiments were planned as two cases; flat tip and squealer tips. These were named as“No Treatment”and“Treated Tip Cases”respectively. No Treatment case was considered as the reference case and Treated Tip cases' results were compared to the reference. In the Treated Tip cases; suction side squealer and full squealer blade tip geometries were manufactured as a solution for TLV. Both cases were observed in a linear turbine cascade which included seven High Pressure Turbine (HPT) blades and measurements were taken by means of Kiel probe and Five Hole Probe (FHP). Measurements were taken with traversing the probes above 50% span and at one axial chord downstream to the blades. When velocity fields and total pressure measurements were gathered and examined in detail, it was seen that a complex vortex system consisting of TLV and passage vortex (PV) existed in the observed area. In addition, when squealer geometries were applied, TLV preserved its location but pressure loss was reduced and PV became very small and migrated through TLV. Also, there was one more vortex observed which was periodic; some interrogation and predictions about its identity were also made about it. All reported consequences of tip geometries were evaluated in both cases, and test results showed that full squealer performs better for reducing the pressure loss under the circumstances. Calculations made by the means of blade-passage averaged total pressure loss coefficient indicated that, with respect to the flat tip geometry, full squealer and partial squealer tip geometry reduced the pressure loss about 19% and 3%, respectively. And, for comparing and demonstration of the repeatability of the tests, FHP and Kiel probe total pressure loss distributions were cross-checked.
Benzer Tezler
- Parametrik oluk yapısının eksenel gaz türbinlerindeki aerodinamik performansa etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Investigation of the effect of the parametric casing grooves on aerodynamic performance in axial gas turbines by using computational fluid dynamics
ANIL BERK ATALAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Turbopompalarda kullanılan önçarkların kavitasyon performanslarına etkiyen parametrelerin incelenmesi
Investigation of the parameters affecting cavitation performance of the inducer used in turbopumps
UĞURCAN MORKOYUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Merkezkaç pompalarda önçark uygulamasının kavitasyona etkisinin sayısal ve deneysel incelenmesi
Experimental and numerical investigation on effect of inducer to centrifugal pumps cavitational behaviour
YAKUP SEVGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Çapraz akışlı fan gömülü bir kanat konfigürasyonu aerodinamiğinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical study of the aerodynamics of a cross flow fan embedded wing configuration
CELALETTİN EKMEL COŞKUNSES
Doktora
Türkçe
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONUR TUNÇER
- Kanat kesitleri teorisi
The Theory of wing sections
İSMAİL SAMİ ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET NURİ YÜKSEL