بررسی امکان خنک‌کاری محفظه احتراق موتور توربین‌گاز دریایی به کمک محیط متخلخل

Abstract

فناوری موتورهای توربین‌‌گاز دریایی با شتاب روز افزون به سمت افزایش عملکرد و کاهش هزینه‌ها در حال حرکت است. بزرگ‌ترین مانع در جهت پیشرفت این حوزه، مسایل مربوط به خنک‌کاری محفظه احتراق است به نحوی که با بالا رفتن دما، مواد به کار رفته در دیواره ذوب شده یا استحکام خود را از دست می‌دهند و عملا امکان افزایش توان موتور یا زمان کارکرد آن وجود ندارد. یکی از ایده‌های بسیار سودمند برای حل این مشکل، استفاده از محیط متخلخل در مسیر سیال خنک‌کن محفظه احتراق است. مهم‌ترین مزیت تحقیق حاضر، عدم استفاده از فرض‌های ساده‌کننده و نزدیکی بسیار زیاد آن به شرایط عملی از جمله انتخاب هندسه و شرایط مرزی واقعی، استفاده از مدل عدم تعادل گرمایی محلی برای شبیه‌سازی محیط متخلخل و در نظر گرفتن خواص فیزیکی متغیر با دما برای سیال اشاره کرد. تاثیر عوامل مختلف از قبیل جنس سیال، جنس محیط متخلخل و اندازه حفره‌ها بر انتقال حرارت و افت فشار جریان در محدوده وسیعی از عدد رینولدز و شار گرما به طور جامع بررسی گردید. در نهایت مشخص شد استفاده از سیال هیدروژن به عنوان سیال خنک‌کن با محیط متخلخلی از جنس نیکل با اندازه حفره PPI 20 مناسب‌ترین حالت برای خنک‌کاری محفظه احتراق است که در مقایسه با کانال ساده، بیشینه دمای دیواره را در اعداد رینولدز مختلف به طور متوسط در حدود 60 % کاهش می‌دهد. این حالت همراه با افت فشاری در حدود حداکثر kPa 5 می‌باشد.