مقاله در مورد طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین)

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین) دارای ۱۸۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین)  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین)،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله در مورد طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین) :

طراحی محفظه احتراق (تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین)

مقدمه
در این فصل ما بر روی تاثیر پارامترهای گوناگون و خصوصیات انتقال حرارت خارجی اجزاء توربین تمرکز می نماییم.پیشرفتها در طراحی محفظه احتراق منجر به دماهای ورودی توربین بالا تر شده اند که به نوبه خود بر روی بار حرارتی و مولفه های عبور گاز داغ تاثیر می گزارد.دانستن تاثیرات بار حرارتی افزایش یافته از اجزایی که گاز عبور می کند طراحی روشهای موثرسرد کردن برای محافظت از

اجزاء امری مهم است.گازهای خروجی از محفظه احتراق به شدت متلاطم می باشد که سطوح و مقادیر تلاطم ۲۰تا ۲۵% در پره مرحله اول می باشد.مولفه های مسیر گاز داغ اولیه ،پره های هادی نازل ثابت و پره های توربین درحال دوران می باشد. شراعهای توربین، نوک های پره، سکوها و دیواره های انتهایی نیز نواحی بحرانی را در مسیر گاز داغ نشان می دهد. برسی های کار بردی و بنیادی در ارتباط با تمام مولفه های فوق به درک بهتر و پیش بینی بار حرارتی به صورت دقیق تر

کمک کرده اند . اکثر برسی های انتقال حرارت در ارتباط با مولفه های مسیر گاز داغ مدل هایی در مقیاس بزرگ هستند که در شرایط شبیه سازی شده بکار می روند تا درک بنیادی از پدیده ها را فراهم سازد. مولفه ها با استفاده از سطوح صاف و منحنی شبیه سازی شده اند که شامل مدل های لبه راهنما و کسکید های ایرفویل های مقیاس بندی شده می باشد. در این فصل، تمرکز

بر روی نتایج آزمایشات انتقال حرارت بدست آمده توسط محققان گوناگون روی مولفه های مسیر گاز خواهد بود. انتقال حرارت به پره های مرحله اول در ابتدا تحت تاثیر پارامترهای از قبیل پروفیل دمای خروجی محفظه احتراق،تلاطم زیاد جریان آزاد و مسیر های داغ می باشد .انتقال حرارت به تیغه های روتور مرحله اول تحت تاثیر تلاطم جریان آزاد متوسط تا کم ، جریان های حلقوی نا پایدار ، مسیر های داغ و البته دوران می باشد.

۲۱۱- سرعت خروجی محفظه احتراق و پروفیل های دما
سطوح تلاطم در محفظه احتراق خیلی مهم هستند که ناشی از تاثیر چشمگیر انتقال حرارت همرفتی به مولفه های مسیر گاز داغ در توربین می باشد. تلاطم تاثیر گزار بر روی انتقال حرارت توربین ها در محفظه احتراق تولید می شود که ناشی از سوخت به همراه گاز های کمپرسور می باشد.آگاهی از قدرت تلاطم تولید شده توسط محفظه احتراق برای طراحان در بر آورد مقادیر انتقال حرارت در توربین مهم است.تلاطم محفظه احتراق کاهش یافته، می تواند منجر به کاهش بار حرارتی در اجزاء توربین و عمر طولانی تر و همچنین کاهش نیاز به سرد کردن می شود. بر سی

های انجام شده بر روی اندازه گیری سرعت خروجی محفظه احتراق و پروفیل های تلاطم متمرکز شده است.
Goldstein سرعت خروجی و پروفیل های تلاطم را برای محفظه احتراق مدل نشان داد.Moss وOldfield طیف های تلاطم را در خروجی های محفظه احتراق نشان دادند.هرکدام از بر سی هایفوق در فشار اتمسفر و دمای کم انجام شد. اگرچه بدست آوردن بدست آوردن انرازه گیری ها تحت شرایط واقعی مشکل است اما برای یک طراح توربین گاز درک بهبود هندسه محفظه احتراق و پروفیل های گاز خروجی از محفظه امری ضروری است. این اطلاعات به بهبود شرایط هندسه و تاثیرات نیاز های سرد کردن توربین کمک می نماید.
اخیرا”،Goebel سرعت محفظه احتراق و پروفیل های تلاطم در جهت موافق جریان یک محفظه احتراق کوچک با استفاده از یک سیستم سرعت سنج دوپلر ولسیمتر(LDV)را اندازه گیری کردنند.آنهاسرعت نرمالیزه شده،تلاطم وپروفیل های دمای موجود برای تمام آزمایش های احتراق را نشان دادند.آنها یک محفظه احتراق از نوع قوطی مانندبکار رفته در موتور های توربین گاز مدرن را

استفاده کردند، که در شکل۱-۲نشان داده شده است.جریان از کمپرسور و از طریق سوراخ ها وارد محفظه احتراق می شود و با سوخت محترق در محل های متفاوت در جهت موافق جریان مخلوط می شود. طراحی محفظه احتراق حداقل مستلزم یک افت فشار از طریق محفظه احتراق تا ورودی توربین است.فرایند محفظه احتراق توسط اختلاط تدریجی هوای فشرده با سوخت در محفظه قوطی شکل کنترل می شود. طراحان محفظه احتراق نوین نیز بر روی مشکلات و مسائل ترکیب و فرایند اختلاط هوا-سوخت تمرکز می نمایند احتراق تمیز نیز یک مسئله و کانون برای طراحان ناشی از استاندارد های محیطی الزامی شده توسط دولت فدرال آمریکا و EPA می باشد. با این حال ،طرا

ح محفظه احتراق یک مسئله مورد بحث در این کتاب نمی باشد.
شکل ۲-۲ تاثیر احتراق بر روی سرعت محوری ،شدت تلاطم محوری،سرعت پیچ وتاب( مارپیچی )و شدت تلاطم پیچ وتاب را نشان میدهد. تمام سرعت ها توسط خط مرکزی سرعت اندازه گیری شده و در مقابل شعاع نرمالیزه رسم شدند.جریان جرم و فشار هوا برای قدرت های مختلف احتراق اندازه گیری شدند.افزایش جریان سوخت باعث افزایش استحکام احتراق گردید.دمای شعله آدیاباتیک تغییر داده شد.هوای فشرده در یک موتور توربین گاز ناشی از فرایند تراکم پیش گرم می

باشد .با این حال،در این برسی،هوا پیش گرم نمی شود.جریان جرم وفشار۰۴۵ kg/s و۶۸ اتمسفر بودند.دما های شعله از ۷۱ تا ۱۹۸۰ متغیر بود.تاثیر احتراق شدیدا” آشکار است هنگامی که حالت آتش گرفته را با بقیه حالتهای آتش گرفته مقایسه می نماییم.سسرعت محوری و سرعت پیچ وتاب(مارپیچی) شدیدا”تحت تاثیر احتراق هستند،مقادیر پیچ وتاب توسط احتراق کم میشود.کاهش در پیچ وتاب می تواند در شدت تلاطم مشاهده شود.مقادیر اوج در شدت تلاطم از ۱۰ تا ۱۶% از حالت غیر مشتعل تا کاملا”مشتعل کاهش یافتند.
پروفیل های دما نیز برای حالت های احتراق اندازه گیری شدند.شکل ۳-۲ تاثیر سوراخ های رقیق سازی را برای دما های آتش زدن مشابه(۱۲۰۰ ) مقایسه مینماید.پروفیل دما نسبتا”صاف و یکنواخت و بدون سوراخ های رقیق سازی ،با مقادیر اوج در خط مرکز می باشد. با این حال ،افزودن سوراخ های رقیق سازی باعث کاهش مقادیر دما بین خط مرکز و لبه ها می گردد.آگاهی از پروفیل دمای خروجی محفظه احتراق یک ضرورت برای محاسبات انتقال حرارت مسیر گاز می باشد.اندازه گیری های پروفبل خروجی دما یک روال تولید کنندگان توربین گاز است.پروفیل های دمای گاز ورودی برای محاسبات انتقال حرارت مولفه مسیر گاز برای براورد کردن دماهای مولفه لازم هستند. مقایسه پروفیل های دمای محفظه احتراق ناشی از منحصر بفرد بودن طراحی امری دشوار است.با این حال ،برسی های فوق آگاهی هایی در مورد سرعت ، شدت تلاطم و پروفیل های دما و تاثیرات احتراق برروی آنها فراهم می کنند. مقیاس اندازه دما یک عامل مهم برای انتقال حرارت مسیر گاز است. با این حال، برسی های فوق هیچ نوع اطلاعاتی در مورد مقیاس اندازه دما فراهم نمی کنند.

۲۲- انتقال حرارت در مرحله های توربین:
۲۲۱ – مقدمه:
یک مرحله توربین شامل یک ردیف از پره های هادی نازل یا استاتور و یک ردیف از پره های دوران کننده موسوم به روتورها میباشند.سیال وارد معبرهای توربین شده و در جهت لبه پره های هادی روتور خمیده می شود. یک بخش از انرژی سیال به انرژی مکانیکی ناشی از حرکت دورانی پره های روتور تبدیل می شود.پره های روتور به محور توربین متصل هستند. حرکت دورانی منتقل شده به محور برای راه اندازی کمپرسور استفاده می شود.شکل ۴-۲ یک مرحله توربین را نشان داده که از یک معبر پره هادی نازل و یک معبر پره روتور تشکیل شده است.نمودار سرعت برای

مرحله(استیج)نیز نشان داده می شود.

۲۲۲- استیج توربین موتور واقعی:
درک جنبه های انتقال حرارت برای تمام مولفه های(اجزاء) توربین تحت شرایط واقعی امری مهم است.بعنوان نمونه، سنجش هایی که بر روی یک توربین تک مرحله تحت شرایط موتور می توانند برای فراهم کردن تمام اطلاعات انتقال حرارت درباره اجزای مسیر گاز استفاده شود.تجهیزات و آزمایشات در مورد استیج های توربین واقعی تحت شرایط موتور بسیار نادر هستند.فقدان ابزارهای دقیق اندازه گیری دما بالا و دشواری در تجهیز توربین با دستگاه های اندازه گیری دما و فشار از جمله دلایل تلاش های محدود در بررسی انتقال حرارت یک استیج واقعی تحت شرایط موتور واقعی می باشند.

اکثر نتایج اولیه بر روی انتقال حرارت روتور- استاتور واقعی توسطDunn از مرکز فن آوری پیشرفته Calspan تهیه شده اند.Dunn مقدار قابل توجهی از اطلاعات درباره اندازه گیری های فلوی( جریان ) حرارت برای پره های هادی نازل(دیوار انتهای وایرفویل ها)،پره روتور، نوک روتور، سکو و شراع ها(shroud) را ارائه کرد. Dunn از یک توربین گردان کامل از موتور Gerratt TFE 731-2 استفاده کرد.آنها اندازه گیری فلوی حرارت درباره پره هادی نازل (NGV)، روتور و شراع توربین گزارش کردند.یک مجموعه شوک- تونل برای ارائه شرایط خوب تعریف شده در نظر گرفته شد و تعداد کا

فی از پارامترها برای بهبود اطمینان در اطلاعات طراحی و فنون در حال توسعه مطرح گردید. اندازه گیری های فشار استاتیک با استفاده از آشکار سازهای فشار بر روی مقطع کلی توربین بدست آمدند.گیج های جریان حرارت فیلم نازک در استیج توربین روی دیوار انتهایی نوک NGV و مکش موتور وسطوح فشار نصب شدند.شکل ۵-۲ مجموعه تونل- شوک بکاررفته توسطDunn را نشان می دهد.

Dunn نیز اندازه گیری های فشار و فلوی حرارت را برای یک استیج توربین با نسبت کم ارائه ک

رد. در برسی های فوق الذکر،آنها یک استیج پر فشار با یک نسبت تقریبا” ۱۵ را مطاله کردند.یک توربین نیروی هوایی/ Garentt با نسبت کم (LART) بایک نسبت تقریبا”۱۵ برای این بررسی استفاده گردید. یک مجموعه تونل باد لوله مانند برای شوک مشابه در برسی های اولیه استفاده گردید.شکل ۶-۲ طرحی از استیج LART رانشان میدهد.عدد ورودی ،فشار کلی،دمای کلی

وجریان وزن بر روی شکل نشان داده می شوند. اندازه گیری ها برای توپی NGV و دیواره های انتهایی نوک و پره روتور برای این استیج بدست آمدند.

شکل ۷-۲ توزیع های فشار اندازه گیری شده بر روی NGV وخطوط میانی روتور را نشان می دهد. توزیع های فشار بطور واضح بالا ترین و پایین ترین م

حل های سرعت NGV وسطوح پره در امتداد خط مرکزی را نشان می دهند.
شکل ۸-۲ توزیع عدد stanton را برای خط میانی NGV نشان می دهد.خطوط پر و خط چین طرح توزیع های عدد stanton محاسبه شده را بر اساس روابط صفحه تخت لایه ای و تلاطم به ترتیب نشان می دهند. بالا ترین عدد stanton در محدوده فاصله سطح بر روی سطح فشار رخ می دهد. آنگاه عددstanton به سرعت بر روی سطح فشار تا حدود نصف مقدار در فاصله سطح، ۱۱% افت می کند وسپس بتدریج بر روی سطح فشار کل تا دنباله لبه افزایش می یابد.توزیع های فشار

آشکار میباشد که جریان سطح فشار در ۵۰% فاصله سطح اولیه خیلی آهسته است و سپس سرعت به طرف دنباله لبه زیاد می شود. این رفتار در عدد stanton به انتقال لایه مرزی تلاطم – لایه ای معروف می باشد که در حدود فاصله سطح ۶% رخ می دهد(نسبت داده می شود). وقتی انتقال در فاصله سطح ۲۵% کامل می شود،عدد stanton بتدریج بطرف دنباله لبه کاهش مییابد. از این روابط، بنظر می رسد که سطوح فشار و مکش دارای لایه های مرزی تلاطم قوی هستندو اعداد stanton پیش بینی شده خیلی کمتر از مقادیر اندازه گیری شده هستند.
Dunn اندازه گیری های مربوط به توپی NGV و دیواره های انتهایی نوک را انجام داد.شکل ۹-۲

اطلاعات عددstanton را برای محل های نزدیک دیواره انتهایی سطح فشار ،وسط دیواره انتهایی و نواحی دیوار انتهای سطح مکش مجاور نشان می دهد. توپی و نوک دیواره انتهای روشهای مشابه را نشان می دهند. اعدادstanton در حدود ۶۰% فاصله سطح از لبه راهنما به دنباله لبه

غیر تخت می باشند و سپس به طرف دنباله لبه افزایش می یابد .
اعداد stanton بالاتر نزدیک به دنباله لبه ممکن است ناشی از جریان شتاب دار باشد.
شکل ۱۰-۲ توزیع عددstanton بر روی تیغه روتور را نشان می دهد. تحلیل اطلاعات بخوبی تحلیل برای NGV ناشی از مسئله اضافی بدست آوردن اطلاعات بر روی یک مولفه گردان نمی باشد.توزیع های عدد stanton مشابه روی سطوح فشار ومکش پره می تواند به دوران پره کمک نماید. Dunn نشان می دهد که آنها مشاهده کردند تاثیر دوران تغییرات توزیع عدد stanton برروی فویل هوای را کاهش میدهد. عدد اوج stanton در فصله تقریبی ۳۵% در سمت فشار رخ می داد. عدد stanton به سرعت از لبه هدایت کننده تا حدود ۳۰% فاصله سطح سقوط می کند. توزیع ف

شار برای پره نشان می دهدکه جریان در حدود۳۷% فاصله سطح در طرف مکش سونیک می شود.در این نقطه عددstanton سطح زیاد می شود و به حداکثر مقدار فاصله سطح دیگر حدود ۷۰% میرسد.جدای از فاصله سطح ۷۰% ، اعداد stanton به طرف دنباله لبه کاهش می یابد . با این حال Dunn هیچ اندازه گیری نزدیک ناحیه دنباله لبه ندارد مگر یک نقطه واحد در فاصله سطح ۹۰% . روی سطح فشار پره عدد stanton از یک مقدار حداکثر در فاصله دور ۳۵% تا یک مقدار حداقل در فاصله سطح ۲۵% افت می کند.این یک ناحیه دارای شیب فشار قوی میباشدکه باعث کاهش سرعت جریان بر روی سطح فشار می گردد.سپس در جهت موافق جریان عدد stanton مجددا”تا یک مقدار زیاد در حدود فاصله سطح ۷۰% مانند حالت سطح مکش زیاد می شود.مقادیر عدد stanton از فاصله سطح ۷۰% تا دنباله لبه بر روی سطح فشار کم میشوند.
پیش بینی های لایه مرزی لایه ای وتلاطمی نیز روی شکل نشان داده میشود. پیش بینی های لایه مرزی تلاطم(آشفته) با اطلاعات سطح فشار توافق خوبی دارد ولی خیلی بیشتر از اطلاعات سطح مکش است. بر اساس نتایج میتوانیم بگوییم که لایه مرزی سمت فشار از لبه هدایت کننده کاملا” آشفته است،در حالیکه لایه مرزی سمت مکش ممکن است لایه ای شود و انتقال به لایه مرزی آشفته در امتداد سطح را طی نمایدو به لایه مرزی آشفته کامل نزدیک به دنباله لبه برسد.
شکل ۱۱-۲ تویع عددstanton روی مرکز نوک پره را نشان می دهد.Dunn سه محل روی مرکز (سکو) و ده محل روی نوک برای اندازه گیری های جریان حرارت داشت.از اطلاعات چنین بنظر می رسد که اطلاعات stanton ناحیه نوک خیلی بیشتر از ناحیه سکو است. در مقایسه با تاثیرات سطح پره ،اعداد استانتون ناحیه نوک از مرتبه لبه هدایت گر پره هستند که انتقال حرارت زیاد را نشان می دهد. بعدا”در این فصل درباره انتقال حرارت نوک پره صحبت می کنیم .

۲۲۳- استیج توربن شبیه سازی شده:
Blair آزمایشاتی روی دمای محیط در مقیاس بزرگ در مدل استیج توربین انجام داد. مدل استیج-توربین شامل یک استاتور ،یک روتور و یک استاتور اضافی پشت روتور بود. آنها همچنین تاثیرات آشفتگی ورودی ،فاصله محوری روتور-استاتور و فاصله محیطی اولین و دومین استاتور بر روی انتقال و ایرفویل های توربین را برسی کردنند. گزارش جامعی از این برسی آزمایشی می تواند از مقاله Dring در مرکز تحقیقات فن آوری UTRC بدست آمد. جزئیات آزمایش و تجهیزات در برسی های فوق یافت میشوند.شکل ۱۲-۲ شکل هندسی و زوایای جریان ایرفویل را نشان میدهد. این آزمایش برای اجرای برسی های جریان اطراف توربن و پره کمپرسور طراحی گردید.مجموعه شامل استیج در

این این مطالعه هندسه توربین است .
شکل ۱۳-۲ فشار های استاتیک اندازه گیری شده روی ایرفویل را نشان میدهد. برای اولین استاتور ، جریان روی سطح ایرفویل بخوبی رفتار کرد.سطح فشار و جریان موضعی بطور پیوسطه از لبه هدایت کننده به تدریج بطرف دنباله لبه افزایش سرعت یافت و بخش بزرگی از افزایش پس از فاصله سطح ۶۰% بود. سطح مکش جریان در ابتدا افزایش سرعت یافت و سپس کاهش یافته و بعدا”بطرف ناحیه گلویی افزایش سرعت یافت و سپس به آرامی به طرف دنباله لبه بدون جدا شدن جریان کاهش سرعت پیدا کرد.برای پره روتور کاهش سرعت جریان در نزدیک لبه هدایت کننده سطح مکش و فشار رخ داد.سطح، فشار پس از کاهش اولیه تا حدود فاصله سطح ۳% ،جریان بطور پیوسته بطرف دنباله لبه افزایش سرعت پیدا کرد. سطح مکش، جریان از فاصله سطح ۵% تاحدود فاصله سطح ۲۵% افزایش سرعت پیدا کرد . سرعت جریان تقریبا” از ۲۵ تا ۷۰% فاصله سطح ثابت بود و سپس بطرف دنباله لبه کاهش یافت. برای استاتور دوم، توزیع فشار شبیه به توزیع اولین استاتور بود بغیر از مجاورت لبه هدایت کننده. روی سطح فشار یک افزایش بدنبال یک کاهش ملایم فشار در جهت موافق جریان لبه هدایت کننده وجود داشت. در سطح مکش یک افزایش سرعت پیوسته جریان بطرف گلویی وجود داشت وسپس جریان به سمت دنباله لبه کاهش یافت پس از اینکه به حداکثر سرعت در گلویی رسید.
شکل۱۴-۲ توزیع های عدد stanton را برای هر ایرفویل بر اساس سرعت خروج و دانسیته در ه

ر فویل نشان می دهد.توزیع های انتقال حرارت میانی برای حالتی ارائه می شوند که فاصله استاتور۱ تا روتور وروتور تا استاتور ۲ ،۶۵% و ۶۳% وتر پره روتور بود.نتایج برای یک مورد دارای یک شبکه آشفته مخالف جریان استاتور ۱ در مقابل حالت بدون شبکه مقایسه می شوند. آشفتگی شبکه تولید شده حدود۹۸% در ورودی اولین استاتور بود. استاتور ۱ لایه مرزی لایه ای را بر روی

سطح فشار کل بدون یک شبکه نشان می دهد. با این حال شبکه اعداد stanton بیشتر میشود که نشانه انتقال به آشفتگی موافق جریان لبه هدایت کننده است. سطح مکش، انتقال در S/Bx=1 (نسبت فاصله سطح به وتر محوری ایرفویل)بدون شبکه رخ می دهد. انتقال به S/Bx=0.2 با شبکه حرکت می کند . این نشان می دهد که یک جریان ورودی آشفته در محل انتقال لایه مرزی روی سطوح فشار و مکش پیش می رود و مقادیر انتقال حرارت به شدت زیاد می گردد. در موتور واقعی ، گازهای خروجی از محفظه احتراق به شدت آشفته هستند و مقادیر آشفتگی ۱۵ تا۲۰% در ورودی استاتور اولین مرحله (اولین استیج) می باشد.

برای روتور، تاثیر آشفتگی ، مانند اولین استاتور آشکار نمی باشد.حالت آشفتگی کم نشان می دهد که لایه مرزی فقط در مجاورت لبه هدایت کنند بصورت لایه ای بنظر می رسد.مقادیر انتقال حرارت سطح فشار ،توسعه لایه مرزی آشفته قوی را پس از S/Bx=0.2 نشان می دهند. انتقال حرارت روتور تحت تاثیر آشفتگی تولید شده توسط شبکه به دو دلیل نمی باشد:(الف) جریان روتور قبلا” جریانهای نا آرام تولید شده توسط استاتور در جهت مخالف جریان به شدت آشفته میشود و (ب) تلاطم تولید شده توسط شبکه در جهت موافق جریان خروجی اولین استاتور بدلیل افزایش سرعت جریان از بین می رود. مقادیر ناپایداری در جریان تولید توسط روتور نسبت به استاتور ثابت خیلی بیشتر از مقادیر تولید شده توسط شبکه است. بر روی سطح مکش کمی تحت تاثیر می باشد .جریان بی ثبات باعث تولید آشفتگی در جریان آزاد می شود که بطور متوسط آشفتگی در مقادیر ۱۰ تا۱۵% را برروی آشفتگی تولید شده توسط شبکه موجود قبلی تولید می نماید. این امر ممکن دلیلی برای اعداد استانتون بالاتر پره روتور در مقایسه با اولین استاتور باشد. برای دومین استاتور ، تاثیر آشفتگی شبکه بدلیل افزایش بعدی سرعت جریانهای موافق جهت اولین پره ، وجود ندارد.لایه مرزی، تحت تاثیر جریانهای نا پایدار مخالف جهت جریان و جریانهای ثانوی تولید شده توسط روتور می باشد.سطح فشار و انتقال حرارت مکش برای اولین استاتور در حالت آشفتگی نسبتا” کم خیلی بیشتر می باشند. پیچیدگی جریان با هر ردیف فویلهای هوا افزایش می یابد. این موضوع در توزیع های انتقال حرارت اندازه گیری شده بسیار آشکار است .اطلاعات بیشتر درباره آزمایش میتوانند از مقالات Dring بدست آیند.
شکل ۱۵-۲ تاثیر عدد رینولدز جریان اصلی بر روی توزیع های عدد استانتون اولین استاتور ،تحت آشفتگی شبکه بالا(۹۸% ) را نشان می دهد. سطح مکش ، یک کاهش در عدد رینولدز(Re)محل انتقال لایه مرزی را از لبه هدایت کننده روتورمی برد.برای Re=642900 انتقال در جهت موافق لبه هدایت کننده آغاز می گردد. برای Re=242800 انتقال فقط در S/Bx=1.0 شروع می شود. ب

ا افزایش در عدد رینولدز، محل انتقال به لبه هدایت کننده میرود که به نوبه خود منطقه انتقال حرارت لایه ای و منطقه انتقال حرارت آشفته را کاهش می دهد و منطقه انتقال حرارت آشفته را بر روی سطح فویل هوا توسعه می دهد .در سطح فشار ، تاثیر عدد رینولدز تا یک سطح S/Bx= -0.4 احساس نمی شود. بعدا”در جهت موافق جریان، انتقال حرارت اندازه گیری شده از پیش بینی های آشفتگی کاملا” تجاوز کرد در حالی که برای اعداد رینولدز کمتر ،مقادیر انتقال حرارت اندازه گیری شده با پروفیل آشفتگی انطباق کامل داشت.

۲۲۴- اندازه گیری های انتقال حرارت تجزیه شده زمانی بر روی یک پره روتور:
Guenette اندازه گیری های انتقال حرارت را برای یک پره توربین تراسونیک در مقیاس کامل نشان داد. اندازه گیری ها در تونل توربین MIT انجام شدند. مجموعه برای شبیه سازی عدد رینولدزجریان، عدد ماخ، عدد پرانتل و سرعت تصحیح شده و وزن جریان و نسبت های دمای گاز به فلز همراه با مکانیک سیال توربین وانتقال حرارت طراحی شده است. آنها از گیجهای جریان حرارت فیلم نازک برای اندازه گیری های انتقال حرارت سطح استفاده کردند. جزئیات بیشتر درباره روش اندازه گیری می تواند در تحقیقات Guenette یافت شود. شکل ۱۶-۲ آرایش جریان توربین MIT را نشان می دهد. شکل هندسی استیج توربین نشان داده شده است.
شکل ۱۷-۲ توزیع های فشار پروفیل محاسبه شده را برای پره روتور نشان می هد. بر سطح فشار یک کاهش سرعت جریان اولیه تا حدود ۵% فاصله سطح وجود دارد سپس یک افزایش سرعت تدریجی تا حدود۶۰% فاصله سطح و یک کاهش سرعت مختصر موافق جریان لبه هدایت کننده

وجود دارد. سپس جریان تا حدود ۷۵% فاصله سطح زیاد می شود که محل گلویی است و سپس بطرف دنباله لبه کاهش می یابد .پره دوباره بار گیری می شود، هنگامی که بالاترین سرعت جریان موضعی در یک محل نزدیک به دنباله لبه رخ می دهد.
شکل ۱۸-۲ میانگین اندازه گیری های جریان حرارت تجزیه شده زمانی در اطراف بخشهای میانی پره روتور نشان می دهد. معدل گیری بر روی معبرهای ۳۶۰ پره متوالی انجام می شود. شکل ها اندازه گیری را در ۱۲ محل بر روی سطح پره نشان می دهد .محققان یک آشفتگی همبسته وس

یع را بر روی سطح فشار در امتداد پره مشاهده کردند.محققان نشان می دهند که آشفتگی ممکن است معرف جابجایی مسیر بطرف معبر باشد.دوره زمانی عبور از پره برروی یکی از پروفیل های زمان نشان داده می شود. رقیق سازی توزیع ممکن است ناشی از افزایش سرعت جریان عبوری

از لبه هدایت کننده تا دنباله لبه باشد. برسطح مکش ، مدولاسیون عبور پره ،قوی تر از لبه هدایت کننده است(۷۰ تا۹۰% ) و به طرف دنباله لبه رقیق می شود (۳۰ تا ۴۰%) .تاثیر NGV در جهت موافق جریان کم می شود هنگامی که جریان وارد معبرهای پره ناشی از افزایش سرعت قوی جریان از لبه هدایت کننده دنباله لبه می گردد .تغییرات شدید اطلاعات بر روی سطح مکش ،انتشار قوی بطرف سطح مکش نزیک به لبه هدایت کننده و حرکت بطرف سطح فشار نزدیک به دنباله لبه را نشان می دهد.
شکل ۱۹-۲ یک مقایسه از دماهای میانگین و اندازه گیری شده توسط حسگر های فوقانی در محل اندازه گیری جریان حرارت بر روی سطح مکش را نشان می دهد. نوسانات کوچک شبیه به نوسان حلقه، نوسان الکتریکی و نوسان جریان توسط روش مذکور فیلتر می شوند.از پروفیل های زمانی اندازه گیری شده می توان مشاهده کرد که جریان با عبور از پره بصورت تناوبی(پریودی) است.
۲۳- آزمایشات انتقال حرارت پره کسکید:

۲۳۱- مقدمه:
همانطور که قبلا”نشان داده شد تمام برسی های قبلی انجام شده نسبت به اندر کنش های روتور-استاتور صورت گرفت. آنها انتقال حرارت را برای کل روتور-استاتور انجام دادند. بررسی ها برروی انتقال حرارت NGV اولین مرحله روتور را درنظر که هر نوع تاثیرات مخالف جهت جریان را در نظر نگرفتند.حظور روتور بر خصوصیات انتقال حرارت پره مرحله اول تاثیر نگذاشت.براساس این فرض ،برسی هایی وجود دارد که فقط روی تمام تاثیرات پارامترهای انتقال حرارت NGV تمرکز دارند.
اولا”، می خواهیم تایید کنیم که حضور یک روتور موافق جهت جریان روی خصوصیات انتقال حرارت

مرحله اول تایر چشمگیری نمی گذارد.Dunn تاثیر روتور برروی توزیع های عدد استانتون را برای پره مخالف جهت جریان بررسی کرد. شکل ۲۰-۲ مقایسه ای بر روی اطلاعات پره به تنهایی و پره با روتور موافق جهت جریان در یک T/T=0.53 نشان میدهد.دایره های پر شده برای اطلاعات پره تنهامی باشندو دایره های باز مربوط به اطلاعات استیج کامل هستند. مربع های پر شده اطلاعات اضافی درمورد پره فقط برای T/T=0.21 را نشان می دهند. مقایسه دایره های باز با بسته

نشان می دهد بر توزیع عدد استانتون تاثیر نمی گذارد.با این حال، تاثیر کمی در سمت مکش نزدیک دنباله لبه وجود دارد. وجود روتور عدد استانتون را تا ۲۵% نزدیک دنباله لبه سطح مکش افزایش می دهد. بدلیل اینکه این یک ناحیه کوچک در مقایسه با سطح پره کامل است،می توان بیان کرد که خصوصیات انتقال حرارت پره تحت تاثیر حضور یک روتور در جهت موافق جریان نمی باشد.
۲۳۲- تاثیر عدد ماخ خروجی و عدد رینولدز:
Nealy توزیع های انتقال حرارت بر روی پره های هدایت نازل بار گیری شده زیاد را در دمای متوسط نشان می دهد و سه پره تحت شرایط حالت یکنواخت قرار دارند. آنها پارامتر ها را تغییر دادند از قبیل عدد ماخ، عدد رینولدز، شدت آشفتگی و نسبت دمای دیوار به گاز. اطلاعات آزمایشگاهی در مجموعه کسکید آیروترمودینامیک در شرکت موتور السیون بدست آمدند. Nealy نشان داد که

مکانیزم های پایه ای وجود دارد که بر انتقال حرارت گاز به فویل هوا تاثیر می گذارند. آنها رفتار زودگذر لایه مرزی ، آشفتگی جریان آزاد، انحنای سطح ایرفویل ،زبری سطح ایرفویل ، شیب فشار ، محل تزریق ماده خنک کننده، جدایش و اتصال مجدد جریان و اندر کنش لایه مرزی – شوک بصورت مکانیک های پایه بررسی کردندکه تاثیرات آنها لازم است بر انتقال حرارت فویل هوا تعیین شود.در این بررسی آنها توجه خود را روی عدد ماخ کسکید خروجی ،عدد رینولز و شکل ایرفویل متمرکز کردند. شکل ۲۱-۲ پروفیل های سطح را برای در پره کسکید نشان می دهد. طرح های دو پره

موسوم به Mark وC3X دارای شکل هندسی سطح مکش کاملا” متفاوت می باشند. آزمایشات روی این دو طرح یک آگاهی نسبت به تاثیر شکل هندسی سطح مکش برانتقال حرارت را فراهم کردند.
شکل ۲۲-۲ توزیع فشار استاتیک سطح بر دو پره را برای سه عدد ماخ خروجی متفاوت نشان می

دهد. توزیع های فشار روی دو پره خیلی شبیه هم بودند (روی سطح فشار) . با این حال ، تاثیر پروفیل پره بر سطح مکش چشمگیر است. یک شیب فشار معکوس قوی در سمت مکش پرهMark در فاصله سطح حدود ۲۰% وجود دارد. پره C3X یک شتاب تدریجی را نشان می دهد. تاثیر عدد ماخ خروجی بر سطح مکش هر دو پره چشمگیر است.عدد ماخ خروجی بیشتر به یک سرعت بالاتر بر سمت مکش نزدیک به دنباله لبه تبدیل می شود.

نشانه توزیع های فشار متغیر سطح مکشی بر دو پره، توزیع های انتقال حرارت سطح اندازه گیری شده نیز خصوصیات مختلف را نشان می دهند. شکل۲۳-۲ تاثیر عدد ماخ خروجی بر توزیع های انتقال حرارت برای پره Mark را نشان می دهد. از توزیع های فشار ، توزیع انتقال حرارت سطح توسط تغییر عدد ماخ خروجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد. ضرایب انتقال حرارت سطح فشار به سرعت از لبه هدایت کننده تا حدود ۲۰% فاصله سطح کم می شود و سپس بطرف دنباله لبه بتدریج افزایش می یابد. سطح مکش، توزیع های ضریب انتقال حرارت جدایش لایه مرزی لایه ای ، گذار و اتصال مجدد آشفتگی در فاصله سطح ۲۵% را نشان می دهند.محل جدایش لایه مرزی لایه ای بنظر می رسد در جهت مخالف جریان با کاهش عدد ماخ خروجی حرکت نماید. همچنین در جهت موافق جریان آن محل، ضرایب انتقال حرارت با کاهش اعداد ماخ خروجی بالاتر هستند. درناحیه

هایی که که لایه مرزی متصل باقی می ماند، هیچ تاثیر آشکار عدد ماخ خروجی وجود ندارد.
شکل ۲۴-۲ تاثیر اعداد ماخ خروجی روی توزیع های انتقال حرارت سطح را برای پره C3X نشان می دهد ، هیچ تاثیر عدد ماخ خروجی بر سطح فشار وجود ندارد.ضریب انتقال حرارت به سرعت ازلبه هدایت کننده تاحدود فاصله سطح ۲۰% سقوط می کند و بتدریج بطرف دنباله لبه زیاد می شود. ضرایب انتقال حرارت با افزایش فاصله سطح تا حدود فاصله سطح ۲۵% کم می شود، سپس

ضرایب انتقال حرارت بدلیل آغاز گذار از لایه مرزی لایه ای به آشفته زیاد می شود.گذار در فاصله سطح ۵۰% در جهت موافق جریان کامل می شود در جایی که ضرایب انتقال حرارت با افزایش ضخامت لایه مرزی آشفته، کاهش می یابد. محل انتقال (گذار) نزدیک به لبه هدایت بایک کاهش در عدد ماخ خروجی حرکت می کند.این رفتار انتقال حرارت بر روی پره C3X از نوع توزیع نمونه مربوط به فویل های هوا میباشد.
شکل ۲۵-۲ تاثیر عدد رینولدز بر انتقال حرارت پره C3X را نشان میدهد.شرایط جریان بر روی شکل نشان داده می شود. محل انتقال(گذار) در سطح مکش نزدیک به لبه هدایت کننده با یک افزایش در عدد رینولدز حرکت می کند.توزیع های انتقال حرارت سطح فشار تمایل به طرف یک رفتار زود گذر همانند مورد نشان داده شده در سطح مکش می باشد.بطور کلی ، ضرایب انتقال حرارت سطح کل ایرفویل افزایش چشمگیررا با یک افزایش در عدد رینولدز نشان دادند.
این بررسی جامع برای اولین بار در انتقال حرارت NGV انجام گرفت. خصوصیات انتقال حرارت خیلی وابسته به شکل هندسی پره است . تفاوت های قوی در توزیع های پره Mark و C3X و تاثیرات سایر پارامتر هابسیار آشکار هستند. اطلاعات بیشتر درباره این بررسی در گزارش NASA ذکر شده است.

۲۳۳ – تاثیر آشفتگی جریان آزاد:
یکی از تاثیرات اولیه انتقال حرارت پره ، آشفتگی جریان آزاد تولید شده در خروجی محفظه احتراق است. آشفتگی تولید شده توسط محفظه احتراق به افزایش انتقال حرارت کمک چشمگیر می کند. تأثیر آشفتگی جریان آزاد روی انتقال حرارت پره بخوبی مستند سازی نمی شود.آشفتگی می تواند بر انتقال حرارت لایه ای ، سطح فشار، انتقال زود گذر و انتقال حرارت لایه مرزی آشفته تاثیر بگذارد.

Ames تاثیر آشفتگی شبیه سازی شده توسط محفظه احتراق را بر انتقال حرارت پره توربین بررسی کرد.جزئیات بیشتر درباره آشفتگی و خصوصیات جریان می تواننداز بررسی های Ames وplesniak بدست آیند.کسکید چهار پره دارای فویل های هوایی در مقیاس ۴۵ برابر پره های C3X بود.پروفیل

های پره یک بخش از خط مرکزی نازل اولین استیج از یک موتور هلی کوپتر(بال گرد) شرکت موتور

آلیسون هستند. شکل هندسی پره شبیه به ترکیب بندی پره C3X بکار رفته توسط Nealy اس

ت. Ames تاثیرات شدت آشفتگی و مقیاس طول بر انتقال حرارت پره را بررسی کرند. Ames یک مولد آشفته کننده محفظه احتراق را توسعه داد که مقادیر آشفتگی و مقیاس طول همراه با آن و موارد تولید شده توسط محفظه احتراق موتور واقعی یکسان بودند. شکل ۲۶-۲ طرح مولد(ژنراتور) آشفته کننده محفظه احتراق را نشان می دهد.Ames سطوح متفاوت آشفتگی نزدیک به پره ها برای حالت آشفتگی زیاد و حرکت دادن آن سایر حالت های تلاطم کم را نشان می دهد.
شکل ۲۷-۲ شماتیکی از کسکید چهار پره که توسط Ames استفاده شد را نشان می دهد.(۱۹۹۷)

شکل۲۸-۲ اطلاعات انتقال حرارت اندازه گیری شده برای یک Re =790000 را نشان می دهد که چهار وضعیت تلاطم متفاوت( بر اساس وتر محوری)را نشان میدهد.چهار حالت که برای آنها اطلاعات ارائه می شوند عبارتند از (۱) یک حالت خط پایه که Tu =1.1% و Lu=6.6 cm و (۲) یک آشفتگی شبیه سازی شده با محفظه احتراق که Tu=12% و Lu=3.36cm (3)یک آشفتگی شبیه سازی شده با محفظه احتراق که Tu=8.3% و Lu=4.26 cm و (۴) یک حالت آشفتگی تولید شده با شبکه در جایی که Tu=7.8% و Lu=1.36 cm است. اطلاعات تلاطم زیاد، اعداد استانتون قابل

توجه را برای حالت آشفتگی کم نشان می دهند.ناحیه لایه ای شامل ناحیه دسته بندی شده، سطح فشار کلی وناحیه شیب فشار مطلوب سطح مکش است. گذار از سطح مکش رخ می دهد که در طی آن مقادیر انتقال حرارت به سرعت زیاد می شود.جریان موافق بعدی اعداد استانتون با توسعه لایه مرزی آشفته کامل کاهش می یابد. بااین حال ،با افزایش تلاطم جریان آزاد ، محل گذار

به طرف لبه هدایت کننده حرکت می کند. پس از گذار، شدت آشفتگی بالاتر به افزایش بعدی مقادیر انتقال حرارت نمی انجامد.نتایج تاثیرمقیاس طول تلاطم(Ln) را نشان می دهند. آشفتگی تولید شده توسط شبکه شبیه به حالت آشفتگی تولید شده توسط محفظه احتراق کمتر است ولی

تفاوت در مقادیرمقیاس طول وجود دارد.تلاطم مقیاس طول بزرگ بنظر می رسد که افزایش انتقال حرارت کمتر از مقیاس های طول کوچک را روی حالت خط مر کزی در مقادیر تلاطم مشابه تولید می کند. این بررسی یک مورد قوی را برای محققان ایجاد کردتا آشفتگی جریان آزاد را همراه با مقیاس های بزرگ در برسی های بعدی خودشان در نظر بگیرند. تاثیر این تلاطم در افزایش مقادیر انتقال حرارت و همچنین ایجاد گذار لایه مرزی بر سطح مکش توسط بررسی فوق تایید می شود.
۲۳۴- تاثیر زبری سطح:
یک ضریب که باعث افزایش انتقال حرارت از NGV می شود تاتثیر زبری سطح است. در موتورهای حقیقی ،زبری سطح پارامتری می شود که ناشی از پرداخت تولید اولیه و رسوبات موتور پس از چند ساعت عملیات است. رسوبات احتراق ممکن است زبری سطح پره را پس از چند ساعت عملیات ایجاد کند و این زبری می تواند برای عمر پره ناشی از مقادیر انتقال حرارت افزایش یافته مخرب باشدکه خیلی بیشتر از شرایط طراحی هستند. Abuaf تاثیرات زیری سطح بر عملکرد آیرودینامیک

و انتقال حرارت ایرفویل را نشان داده است این امر یکی از اولین بررسی ها برای تمرکز روی تاثیرات زبری سطح درانتقال حرارت پره بود. بررسی های قبلی در زبری سطوح تخت یا پره های روتور تمرکز داشت. (این امر بعدا” در این فصل بحث خواهد شد).سه مقدار متفاوت زبری توسط Abuaf مطالعه شد.مقادیر زبری با استفاده از یک میکروسکپ تداخل روبشی مشخص شدند. ایرفویل های A توسط بخار و براده سنباده زنی شده و با codep پوشانیده شد که یک پوشش مقاوم در مقابل

اکسیداسیون است.ایرفویل B با بخار براده سنباده زده شد و سپس با آلومینید رسوب یافته به روش بخار شیمیایی پوشانیده شد(CVD) .فویل هوای C سنباده زنی شد و سیقل یافت و با آلومینیدCVD پوشانیده شد وبالاخره مجددا” پوشش داده شد. بخشهای انتخاب شده از سطوح ایرفویل با استفاده از میکروسکوپ برای مقادیر زبری انرازه گیری شدند. زبری میانگین خط مرکزی

(Ra) برابر با ۲۹۸ و ۰۹۴ و ۰۷۷ m برای فویل های A وBوC بترتیب بدست آمدند.
شکل۲۹-۲ یک مقایسه از توزیع های ضریب انتقال حرارت را برای ایرفویل های A و B وC نشان می

دهد. تاثیر زبری سطح روی سطح فشار خیلی کم است. یک افزایش ملایم در مقادیرضریب انتقال حرارت برای ایرفویل های A با بالا ترین زبری وجود دارد. برسطح مکش ، تاثیر قوی است و با محل گذار منتقل شده به لبه هدایت کننده برای ایرفویل همراه بوده است. تاثیر زبری سطح مکش در ناحیه آشفتگی کامل سطح مکش آشکار است. بنظر می رسد که زبری سطح بر ضرایب انتقال

حرارت وتشدید لایه مرزی بر مکش سطحی ایرفویل تاثیر می گذارد. زبری سطح بالاتر باعث گذار زود هنگام شده و منجر به این عقیده می شود که زبری سطح برای عمر پره مخرب است. طراحان به پرداخت و سیقل دادن سطح ایرفویل های هوا نیاز دارنددر حالیکه احتمالات سرد کردن در نظر گرفته برای NGV ها را بررسی می کنند.

یک عمل دیگر وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. ترکیب آشفتگی جریان آزاد در ترکیب با زبری سطح ممکن است تاثیر واحد زبری را خنثی کند. اگر تاثیر زبری سطح بر انتقال حرارت پره قبلا” تحت تاثیر آشفتگی زیاد جریان آزاد بصورت جزئی و نموی باشد، آنگاه زبری سطح بصورت یک عامل ممکن است یک تاثیر ثانوی باشد. Hoffs اندازه گیری های انتقال حرارت بر روی ایرفویل های توربین را تحت شرایط زبری سطح زیاد و آشفتگی جریان آزاد بالاتر انجام داد. تاثیرات زبری سطح توسط پوشش

کریستال مایع در بررسی آنها تعیین شدند. سطح کریستال مای پوشش یافته بصورت طبیعی بر سطح زبر با مقدار زبری سطح Rz =25 m عمل کرد. برای سطح هموار، سطح پوشش یافته با کریستال مایع با کاغذ سنباده بسیا ریز سیقل یافت تا شرایط سطح قابل تکرار و هموار بدست آید. مقدار زبری سطح Rz برابر با ۱۵ m است. مقادیر آشفتگی بالاتر با استفاده از جریان مخالف تولید کننده آشفتگی کسکید ایرفویل تولید شدند.
شکل ۳۰-۲ ضرایب انتقال حرارت، مربوط به تاثیر آشفتگی جریان آزاد و همچنین افزودن زبری سطح

برای یک حال آزمایشی ایرفویل نشان داده میشود: اولین مورد برای یک سطح هموار با Tu=5.5% است، دومین مورد برای یک سطح همواربا Tu= 10% است،سومین حالت برای سطح زبر در Tu=10% است، مقایسه دومورد اول برای سطح هموار ، آشکار است که ضرایب انتقال حرارت برروی سطح فشار ناشی از افزایش تلاطم ،زیاد میشود.نتایج سطح مکش نشان می دهند که محل گذار در جهت مخالف جریان حرکت کرده است که ناشی از افزایش تلاطم جریان آزاد از S/L=1.0 تا S/L=0.25 است. این نمونه نتایج ای است که قبلا” برای یک پره توربین کلاسیک بحث گردید. سطح فشار تحت تاثیر صیقل بودن سطح در آشفتگی بالا نمی باشد. ضرایب انتقال حرارت افزایش یافته قبلی ناشی از آشفتگی جریان آزاد تحت تاثیر زبری سطح نمی باشند. بااین حال، تاثیر بر سطح مکش چشمگیر است. محل اتقال بنظر نمی رسد که تحت تاثیر سطح زبر باشد. این طول انتقال است که شدیدا” توسط افزودن زبری سطح کاهش داده می شود.ترکیبی از زبری سطح با آشفتگی جریان آزاد زیاد باعث می شود که لایه مرزی اتقال را سریعتر از حالت آشفتگی جریان آزاد طی نماید. Bunker همچنین تاثیر آشفتگی جریان آزاد و زبری سطح بر روی پره ها را بررسی کرد. بررسی او نتایج مشابه ای را نشان می دهد.
۲۳۵- انتقال حرارت پره کسکید آنولار :
مارتینز- بوتاس از یک تونل باد و یک کسکید NGV آنولار برای اندازه گیری های انتقال حرارت استفاده کرد. تونل باد به تفصیل توسط Baines ارائه می شود.یک تونل انتقال حرارت سرد (CHTT) ابتدا توسط مارتینز-بوتاس استفاده گردید. در این تونل سیال اصلی لازم نیست گرم شود.NGV گرم می شودو ناگهان در داخل تونل باد قرارگرفته می شود. ضرایب انتقال حرارت توسط ثبت دمای پره متغیر با استفاده از روش کریستال مایع زودگذر اندازه گیری می شود.

برای اجزای آزمایش انتقال حرارت زودگذر ،NGV ها قبل از حرکت توسط جداسازی کاست انتقال حرارت پیش گرم می شوند( شکل ۳۱-۲)که شامل چهار معبر با استفاده از یک مکانیز شاتر(shutter) است. شاتر در طی حرکت حذف(برداشته) می شود هنگامی که آزمایش زود گذر آغاز می شود.
شکل ۳۲-۲ توزیع عددماخ ایزنتروپیک را بر روی NGV در سه محل دهانه متفاوت ۱۰% و ۵۰% و۹۰% نشان می دهد.اطلاعات یک شیب فشار شعاعی(نوک به مرکز) به طرف داخل را نزدیک به پشت فویل هوا نشان می دهد.
شکل ۳۳-۲ توزیع عدد نوسلت(nusselt) آزمایشی را در وسط فویل هوا نشان می دهد. بالاترین مقدار انتقال حرارت از دنباله لبه برروی سطح فشار رخ می دهد. برروی سطح مکش ،ماگزیمم در سطح ۸% رخ می دهد و برای یک فاصله سطح بزرگتر از ۲۰% ثابت باقی می ماند. بر سطح فشار، عدد نوسلت در ابتدا کم می شود وسپس به تدریج دورتر از ۱۵% فاصله سطح به طرف دنباله لبه بطور پیوسته افزایش می یابد.یک پیش بینی انتقال حرارت لایه مرزی ۲ بعدی نیز برای مقایسه لحاظ می شود.
شکل ۳۴-۲ توزیع ضریب انتقال حرارت بر سطح فشار ومکش هر دو را نشان میدهد. ضرایب انتقال حرارت به طرف دنباله لبه زیاد می شود همینطور که در شکل ۳۳-۲ دیده می شود. سطح مکش تغییرات قوی رانشان می دهد.نواحی انتقال حرارت زیاد نزدیک به نوک در لبه هدایت کننده وجود دارند که توسط یک ناحیه انتقال حرارت کم دنبا می شوند در جایی که ممکن است جدایش رخ دهد. تاثیرات دیوار انتهایی حاصل
در معبروگردابها ممکن است باعث تغییرات قوی برروی سطح مکش گردد. جزئیات بیشتر درباره تاثیرات دیواره انتهای در بخش ۲۵ نشان داده می شوند.
۲۴- انتقال حرارت پره کسکید:
۲۴۱- مقدمه
وقتی که جریان از داخل معبر های NGV عبور می کند، شدت آشفتگی جریان آزاد بدلایل افزایش جریان در راخل گلویی پره کم می شود. تاثیرات آشفتگی جریان آزاد کاهش یافته بر انتقال حرارت پره روتور مانند تاثیرات آشفتگی جریان آزاد بر روی انتقال حرارت پره قابل توجه نمی باشد.بطور نمونه، مقادیر آشفتگی جریان آزاد در حدود ۱۵ تا ۲۰% در لبه هدایت کننده پره استیج اول هستندو

بدلیل افزایش سرعت جریان در معبر پره. شدت آشفتگی در لبه هدایت کننده پره روتور مرحله اول تحت تاثیر پارامتر مهم مهم دیگر است: یعنی تاثیر عدم یکنواختی در جریان . عدم یکنواختی جریان از حرکت نسبی ردیف های پره روتور نسب به ردیف های پره ثابت ناشی میشود.شکل ۳۵-۲ یک دیدگاهی مفهومی از انتشار مسیر غیر یکنواخت در داخل یک ردیف پره روتور را نشان می دهد.نواحی سایه خورده نشان میدهد که در کجا عدم یکنواختی توسط ایرفویل های هوایی

جریان مخالف ایجاد می شود.برای یک پره استیج اول ،مولفه های اصلی عدم یکنواختی که توسط Doorly ارائه شد به این شرح می باشند:
(۱) عبور جریان –جریان خروجی از ردیف پره مخالف جریان در جهت محیطی بدلیل مسیر های سایه خورده در دنباله لبه پره های مخالف جریان بصورت غیر یکنواخت است. این مسیر ها پره ها را در معرفی یک سرعت جریان تناوبی و میدان آشفته قرار می دهد. زیرا دوران نسبی ردیف ها باعث می شود که پره ها در جهت موافق جریان این مسیرها حرکت کنند.
(۲) عبور موج شوک-(برای توربین های فقط تراسونیک) امواج شوک توسط یک ردیف پره تراسونیک تولید می شود که برروی ردیف پره موافق جهت جریان تولید می شوند، اینها علاوه بر تاثیر مسیر می باشد.
(۳) اندر کنش های جریان پتانسیل- تغییرات پریودی در میران پتانسیل توسط حرکت نسبی ردیف های پره و تیغه ایجاد می شوند.افزایش ردیف پره می تواند این نوع تاثیر را کاهش دهد.
(۴) آشفتگی زیاد انرژی اضافی- این امر مقدار آشفتگی جریان آزاد دست کم ممکن استدر داخل معبر پره ایجاد شود.
۲۴۲ – آزمایشات شبیه سازی مسیر غیر یکنواخت:
آزمایشات شبیه سازی مسیر یک سازگاری بین استفاده از مولفه های ثابت یا گردان میباشد.جریان غیر یکنواخت تولید شده توسط پره در جهت مخالف جریان که برروی روتور در جهت موافق جریان بر خوردمی نماید با استفاده از یک کسکید پره ثابت (بی حرکت) ویک ژنراتور جریان مخالف جهت اصلی شبیه سازی می شود.آزمایشات شبیه سازی نوعا” از یک ژنراتور چرخ پره دار و درحال گردش بایک ژنراتور قفسه ای سنجابی و در حال گردش در جهت مخالف جریان کسکید پره ثابت استفاده کردتا

حرکت نسبی دنباله لبه های پره را شبیه سازی کند. شکل۳۶-۲ طرحی از ژنراتور قفسه سنجابی رانشان می دهد. حرکت نسبی میله ها برروی ژنراتور باعث ایجاد جریانهای می شود که بر کسکید پره در جهت موافق ضربه می زند.
Guenette اعتبار استفاده از شبیه سازی میله گردان را با مقایسه خصوصیات بدست آمده با شبیه سازی های میله روتور در جهت جریان مخالف را نشان می دهد.آنها اطلاعات بدست آمده از سطح مکش یک پره روتور با اطلاعات کسکید عبوری ۲ بعدی در دو محل متفاوت از x/s =0.1 و ۰۳۱بر روی سطح پره نشان میدهد.شکل۳۷-۲ مقایسه در x/s =0.31 رانشان می دهد.اندر کن

ش های غیر یکنواخت اندازه گیری شده برای روتور و کسکید مشابه هستند.با این حال، دسته های مضاعف برای روتور کارآمد تر از کسکید ۲ بعدی هستند. Guenette اشاره کرد که اندر کنش های ناپایدار این مسیر و تیغه برای روتورقوی تر از کسکید ۲ بعدی هستند اگرچه آنها از لحاظ طبیعت مشابه می باشند.اطلاعت غیر یکنواخت برای کسکید ۲بعدی از یک بررسی توسط Do

orly وold field بدست آمدند.
Doorly و Old field تاثیرات موج شوک و عبور مسیر بر یک پره روتور توربین را شبیه سازی کردند. آنها از یک ژنراتور چرخ میله داربرای تولید موج شوک و عبور از مسیر استفاده کردند.شکل ۳۸-۲ سابقه زمانی یک مسیر جدا شده و موج شوک عبور کننده برروی تعدادی از حالت های متوالی را نشان می دهد.مسیر های انتقال حرارت برای محل های اندازه گیری متفاوت نیز رسم می شوند. تمام سنجه ها برروی سطح مکش پره از لبه هدایت کننده تا محل گلویی قرار داده می شوند(۱۱-۱). موج شوک با خطوط پر رنگ نشان داده می شود. انتشار موج شوک از لبه هدایت کننده تا دنباله لبه معبر بطور واضح نشان داده می شود. همچنین ، مسیر سایه خورده توسط میله گردان یک نارسایی سرعت تناوبی باعث می شود که معبر پره را در بر میگیرد هنگامی که میله هادر جلوی کسکید عبور می کنند. انتشار این ناحیه کمبودسرعت در مسیرهای زمانی ، بطور واضح نشان داده می شود. به گزارش Doorly وold field ، تاثیر اصلی مسیر های تناوبی عبارتند از تاثیر گذار لایه مرزی بر روی سطح مکش پره موافق جریان می باشد.انتقال حرارت بر سطح پره به شدت تحت تاثیر مسیر های ناشی از تولیدمنطقه آشفتگی و همچنین انتقال سریع(گذار) می باشد.بر خورد موج شوک جدا شده (ایزوله شده) بر یک لایه مرزی لایه ای دیگر برسطح مکش یک حباب جدا تولید کرد.انتقال حرارت بسیار سریع همراه با شوک توسط یک مسیر آشفته ( در پست حباب) ایجاد شد. تاثیر امواج شوک که بطور همزمان با مسیر ها عمل می نمایند مسیرهای لایه مرزی آشفته را تولید می

نمایدکه یک لایه مرزی آشفته پیوسته را تشکیل می دهد.اندر کنش مسیر و شوک ترکیبی بر لایه مرزی خیلی پیچیده است و Doorly وashworth شرح دقیقی از این پدیده ارائه کردند.
Ashworth(1985) تاثیرات اندر کنش های مسیر از یک پره هدایت نازل مخالف جریان را بر یک جریان پره روتور و انتقال حرارت بررسی کرد.اوو همکاران اش یک سیستم مسیر متحرک را توسط یک مولد مسیر چرخ میله دار شبیه سازی کردند.آنها انتقال حرارت موضعی را با استفاده از سنجه های جریان حرارت در ۲۲ محل در امتدادسطح تیغه اندازه گرفتند.شکل ۳۹-۲ توزیع های انتقال حرارت بدست آمده برای شرایط آشفتگی جریان آزاد ۴% و۸% با اندرکنش های مسیرناپایداررا نشان می دهد.سیگنالهای بعضی ازسنجه های جریان حرارت موضعی بر روی سطح شکل نشان داده می شوند. مقایسه های انتقال حرارت بصورت خطوط پر رنگ نشان داده می شوند. بنظر می رسد که

ضرایب انتقال حرارت در امتدادپره شدیدا”برای Tu =0.8% در امتداد سطح پره افزایش می یابند. بیشترین افزایش ها در نزدیک پره هدایت کننده مشاهده می شوند. انتقال محل گذار به طرف لبه هدایت کننده برای معبر با اندر کنش های مسیر قابل توجه می باشد. حضور مسیرناپایدار باعث گذار لایه مرزی زود هنگام می گردد.بایک افزایش در آشفتگی جریان آزاد،تاثیرات مسیر ناپایدار قابل توجه نمی باشند. مقدار آشفتگی جریان آزاد بدون مسیر، انتقال حرارت در امتداد سطح پره را افزایش داده و همچنین گذار زود هنگام برسطح فشار را موجب می گردد.تاثیر افزودن مسیر ناپایدار فقط جزئی است.

Dullenkopf اندازه گیری های انتقال حرارت زمانی متوسط را با استفاده از یک ژنراتور چرخ میله دار شبیه سازی شده آزمایشگاهی انجام داد.کسکید شامل پنج پره در مجموعه آزمایش گاز داغ ادغام می شود. گاز داغ تولید شده توسط یک محفظه احتراق از داخل یک شبکه آشفته و یک ژنراتور مسیر گردان عبور می کند.جزئیات بیشتر درباره دستگاه آزمایش می تواند از مقالات Wittigو Dullenkopf بدست آید.Dullenkopf اندازه گیریهایی بوسیله سیم داغ را انجام دادو سیگنال های سرعت رابا گردش ژنراتورمسیر ثبت کرد.اندازه گیری ها در مدخل ورودی کسکید پره انجام شدند. یک سیگنال سیم داغ از یک مسیر عبور کننده در جهت مخالف جریان کسکید در شکل ۴۰-۲ دیده می شود.

سیگنال بطور واضح کاهش سرعت هر میله عبوری را نشان می دهد که باجریان معمولی بین میله ها دنبال می شود. پارامترهای مهم شبیه به سرعت وابسته به زمان (t) از متغیر تناوبی (t)

تشکیل گردیدند ونوسانات سرعت (t) در شکل ۴۱-۲ دیده می شوند.
تحلیل معدل گیری برای بدست آوردن توزیع های آشفتگی میانگین گیری شده در زیر شرح داده می شود.توزیع مولفه نوسان کننده آشفتگی برروی یک فاصله توسط معادله زیر ارزیابی می شود:
(t ) =
شکل ۴۲-۲ ارزیابی توزیع آشفتگی معدل گیری شده را نشان می دهد.
شکل۴۳-۲ ضریب انتقال حرارت را برکل پره برای شرایط متفاوت نشان میدهد.
عدد رینولدز بر اساس وتر پره ۳۸۰۰۰۰ برای شش وضعیت مختلف بود: بدون میله ۴ میله،۷ میله، ۱۴ میله، ۲۸ میله و حالت آشفتگی کامل با آشفتگی تولید شده توسط شبکه به میزان

۸%،فرکانس گردش مسیرf() و مدت دوام مسیر (dw) برای هر مسیر داده می شوند. مدت دوام نسبی مسیر برابر با نسبت زمان دوام مسیر به پریودعبور مسیر است. بامشاهده حالت های مختلف واضح است که ضریب انتقال حرارت سطح مکش برای هر حالت بدلیل گذار لایه مرزی قبلی بالاتر هستند.محل گذار با افزایش فرکانس مسیردر جهت مخالف جریان به طرف لبه هدایت کننده نزدیک می شود. محل گذار از یک فاصله سطح ۱۰~s/l به حدود۰۳ برای بالاترین فرکانس مسیر حرکت می کند.حالت آشفتگی تولید شده توسط شبکه دارای یک محل گذار در حدود ۰۲~s/l می باشد. Dullenkopf نشان داد که ناحیه آشفته و مسیر جریان آزاد در خارج از لایه مرزی بطور مستقل عمل می کنند هنگامی که گذار توسط مسیر در هر محل آغاز می شود.توزیع ضریب انتقال حرارت میانگین زمانی حاصل از کسر زمان آشفته و لایه ای تشکیل می شود،که در آن کسر زمان آشفته در طول سطح افزایش می یابد. این امر افزایش طول زود گذر در مقایسه با حالت خط پایه (بدون میله ها) را نشان می دهد.سطح فشار یک تاثیر کمتر در مقایسه با تاثیرسطح مکش را نشان می دهد. این امر ممکن است رخ دهد زیرا intermittency ایجاد شده توسط مسیر تقریبا” ثابت است. جزئیات بیشتر در باره تاثیرات intermittency موضعی در بخش بعدی بحث خواهد گردید.
۲۴۳- پیش بینی های انتقال حرارت تحت تاثیر مسیر:
همانطور که در بالا شرح داده شد، یکی از دلایل اصلی جریان ناپایدار در توربین های گاز عبارتند از انتشار مسیر ها ازایرفویل های هوایی در جهت مخالف جریان می باشد. این مسیر ها جریان آزاد را با یک سرعت ناپایدار پریودی ، دما و شدت آشفتگی اعمال می کنند. کاهش سرعت همراه با مسیر ممکن است یک جریان همرفتی را بطرف سطح یا مخالف آن ایجاد نماید.مسیر ها یک گذار لایه مرزی لایه ای به آشفته ناپایدار زود هنگام را ایجاد می کنند تا در طرف مکش اتفاق بیافتند. انتقال حرارت همراه با جریان ناپایدار بطور واضح گذار لایه مرزی زود هنگام را نشان می دهد(شکل۴۳-۲).
در این بخش ،ما بر روی نظریه Mayle ومحققان همکاراوتمرکز می نماییم تا انتقال حرارت بر سط

ح را تحت تاثیرعبور مسیر ناپایدار پیش بینی نماییم.Mayle تاثیر گذار آشفته لایه ای را در طراحی موتور توربین گاز نشان داد و پیشنهادهایی با ارزش برای بررسی های بعدی ارائه کرد.او یک شرح عمومی از گذار و شکل های مختلف آن ارائه کرد و نکات نظری و عملی را برای هر حالت گذار امتحان نمود.
Mayle و Dullenkopf یک توزیع موج مربعی شکل را برای تابع تولید نوار آشفته فرض کردند ویک نرخ تولید را آزمایشات ارزیابی نمودندآنها به یک عبارت ساده دست یافتند:

U سرعت برخورد ایرفویل است و پریود عبور مسیر می باشد.Mayle وdullenkopf به عبارت زیر پس از ترکیب عبارت های قبلی دست یافتند:

و محل هایی برروی سطح هستند در جایی که intermittency برابر با ۰۷۵ و۰۲۵ است، زمان دوام مسیر برروی محل، و پریودعبور مسیر می باشد.
شکل ۴۵-۲ نتایج حاصل از کارهای Pfeil وherbst ، Dring وwittig را با مقادیر حاصل از نظریه فوق مقایسه کردند.توافق با تمام سه بررسی خیلی خوب است.Mayle مقایسه های بین اطلاعات انتقال حرارت آزمایشی (تجربی) و پیش بینی هایی براساس مدل Mayle-Dullenkopf را در شکل ۴۶-۲ نشان می دهد. با این حال ، آغاز گذار از سنجش های آزمایشی تعیین شدند تا مدل گذار را بکار ببرند و ضرایب انتقال حرارت را محاسبه نمایند. Han بعضی مقایسه ها را بین مدل گذار Mayle- Dullenkopf و آزمایشات انتقال حرارت آنها را با استفاده از یک ژنراتور مسیر چرخ – میله دار نشان می دهند.
۲۴۴ – تاثیرات مرکب آشفتگی جریان آزاد و مسیر ناپایدار:
Han در دانشگاه A&M تگزاس تاثیرات مسیر ناپایدار را در ترکیب با آشفتگی جریان آزاد بالاتر بر ضرایب انتقال حرارت در یک پره روتورمطالعه کردند. آنها تاثیرات اولیه مسیر ناپایدار و آشفتگی جریان آزاد را مطالعه کردند و سپس هر دو تاثیر را ترکیب نمودند و آن را با تاثیرات اولیه مقایسه کردند. مسیر های مخالف جریان با استفاده از ژنراتور چرخ- میله دار مطابق شکل ۴۷-۲ تولید شدند.ژانگ و هان یک شدت آشفتگی میانگین ( ) را برای تعیین آشفتگی تولید شده توسط ترکیب آشفتگی جریان آزاد و ناپایدار تعریف نمودند. جزئیات بیشتر توسط ژانگ و هان ارائه می شود.
شکل ۴۸-۲ تاثیر استحکام مسیر ناپایدار بر ضرایب انتقال حرارت سطح پره از مطالعه هان و ژانگ را نشان می دهند.تاثیر افزایش استحکام مسیر آشکار می باشد.با افزایش استحکام مسیر محل گذار بر سطح مکش به طرف لبه هدایت کننده حرکت می کند.دو حالت اضافه، در جایی که آشفتگی جریان آزاد ۰۷% است و یک آشفتگی تولید شده توسط شبکه به مقدار ۵۷% نیز لحاظ می شوند. تمام حالت های مسیر دارای یک آشفتگی تولید شده توسط شبکه در جهت مخالف جریان با ۵۷% بودند. خطوط پر رنگ روی سطح مکش پیش بینی هایی براساس روش بحث شده قبلی هستند.مقادیر ، محل آغاز برای گذار ناشی از مسیر ،۰۲۵ c،۰۲ c و ۰۱۵ c برای s

=۰۱ و۰۲ و۰۳ می باشند.(وتر فویل هوا می باشد)، نتایج یک انطباق خوب را در ناحیه موافق جریان آغاز گذار نشان می دهند. با این حال ، در جهت مخالف جریان گذار ، نظریه مقادیر انتقال حرارت را کمتر از مقادیر واقعی پیش بینی می کند. نتایج فوق برای نشان دادن توانایی نظریه گذار Mayle برای پیش بینی مقادیر انتقال حرارت معدل گیری شده زمانی برای پره ها تحت تاثیرات مسیر ناپایدار ، ارائه می شوند.
شکل ۴۹-۲ سه حالت را مقایسه می کنددر جایی که آشفتگی به شیوه های مختلف ایجاد م

ی شود ولی شدت آشفتگی میانگین تمام سه حالت در مشابه است.
هر حالت دارای مقادیر آشفتگی تولید شده توسط شبکه متفاوت و استحکام های مسیر مخالف می باشد.با این حال ، ضرایب انتقال حرارت معدل گیری شده زمانی برای شیوه تولید آشفتگی،شدیدمی باشند. خصوصیات آشفتگی برای سه حالت متفاوت خواهند بود، اما شدت آشفتگی میانگین آنها هنوز یکسان است. این نتایج نشان می دهدکه خصوصیات آشفتگی ممکن است خیلی مهم نباشد اگر شدت آشفتگی میانگین بتواند شبیه سازی گردد تا تقریبا” همانند شدت از یک معبر پره موتور توربین گاز باشد.شکل ۵۰-۲ تاثیر استحکام مسیر ناپایدار در جهت مخالف جریان برای یک آشفتگی جریان آزاد ورودی را نشان می دهد (Tu=17.2%) . اعداد استروهال برهم نهاده شده برای آن موارد عبارتند از ۰۱ ، ۰۲، ۰۳ می باشند. شدت های آشفتگی میانگین محاسبه شده در ورودی کسکید برابر با ۲۰۹% و۲۱۱% و ۲۱۲% می باشند. توزیع های عدد نوسلت شدت کم را برای تغییر در عدد استروهال نشان می دهند. نتایج در شکل فوق نسبتا” مهم هستند زیرا آنها نشان میدهند
که فرکانس در جهت مخالف جریان هیچ تاثیر ندارد و هنگامی که جریان آزاد شدیدا” آشفته باشد(Tu=17.2%) .

Du از همان آزمایش Han استفاده کرد وتاثیر اضافه خروج دنباله لبه پره در جهت مخالف جریان را با مسیر ناپایدار بر ضریب انتقال حرارت پره در جهت موافق جریان بررسی کردند. خروج ماده سرد کننده توسط تزریق ماده سرد کننده از سوراخ های مختلف بر روی میله ژنراتور بدست آمد. آنها ضرایب انتقال حرارت را روی پره با استفاده از یک روش کریستال مایع زودگذر اندازه گرفتند. تاثیر خالص عبارتست از افزایش ضرایب انتقال حرارت برروی فشار و شطح مکش در اطراف ناحیه لبه هدایت کننده بود. شکل ۵۱-۲ تاثیر مسیر ناپایدار ، آشفتگی جریان آزاد و خروج ماده سرد کننده برتوزیع انتقال حرارت یک پره روتور توربین نشان می دهد.حالتهایی برای یک تونل باد( حالت۷، ، مسیر ناپایدار(حالت ۸ ، ) ، شبکه و مسیر( حالت ۹ ، ) ، شبکه مسیر و سرعت دمش جت

خروجی M=0.25 (حالت ۱۰، و بالاخره شبکه،مسیر و جت خروجی M=0.5 (حالت۱۱ ، ) را مقایسهمی کند.افزودن تاثیر مسیر خودش محل گذار در حرکت سمت از X/SL =0.5 تا X/SL =0.25 را ایجاد می نماید. با افزودن آشفتگی شبکه جریان آزاد، یک حرکت بعدی محل گذار مخالف جهت جریان وجود دارد.تاثییر جت یا سطح مکش عبارتند از افزایش انتقال حرارت در جهت مخالف جریان محل گذار تا ۲۵% است(در مقایسه با حالت بدون خروج جت(مورد۹)).تاثیر جت در نواحی کاملا” آشفته و گذار ناچیز می شود.انتقال حرارت سطح فشار هیچ افزایش چشمگیری را مطابق آنچه که برروی سطح مکش دیده می شود ،نشان نمیدهد.
با این حال،یک افزایش تا۱۵% در مقادیر انتقال حرارت در ناحیه نزدیک به لبه هدایت کننده وجود دارد.
Dunn نتایج مشابه را از آزمایشات مدل موتور روتور- استاتور گزارش کرد. ممکن است نتیجه گرفته شودکه افزودن خروج دنباله لبه عبارتند از جبران کاهش سرعت ناشی از مسیر می باشد که باعث یک افزایشدر سرعت جریان اصلی برخورد کننده است و یک پروفیل شدت آشفتگی یکنواخت تر را تولید می نماید.

۲-۵ – انتقال حرارت دیوار انتهایی ایرفویل:
۲۵۱- مقدمه:
ناحیه دیواره انتهایی ایرفویل ناحیه پیچیده‌ای است برای تحلیل، که توسط مهندسان توربین گاز بکار برده می‌شود. دیوار انتهایی یک بخش بزرگ از سطح خنک شونده را در یک نسبت جنبه کم مدرن ،با طراحی صلبیت کم را نشان می‌دهد. با افزایش دماها و فشارهای ورودی توربین ،مسئله خنک کردن دیوار انتهایی چشمگیر شده است.

ناحیه دیوار انتهایی یک ناحیه پیچیده ناشی از حضور جریان‌های ثانوی سه بعدی می‌باشد. York در سال ۱۹۸۴ نشان داد که خصوصیات ضروری مسئله دیوار انتهایی عبارتند از:
وجود شیب‌های فشار و دما در جریان ورودی که جریانهای ثانوی را به صورت برگشت‌های جریان در معبرهای پرّه موجب می‌شود.
حرکت لایه مرزی در لبه هدایت کننده هر ایرفویل ،در داخل یک گرداب مجزا که در داخل معبر همرفت می‌شود.
لایه‌های مرزی سه بعدی بر روی دیوار انتهایی با مؤلفه‌های جریان عرضی بزرگ که توسط شیب‌های فشار جریان عرضی قوی ایجاد می‌شود.
اندرکنش مارپیچ در گوشه دیوار انتهایی- سطح مکشی.
برای درک عبارت‌های فوق، شخص باید میدان جریان دیوار انتهایی را درک نماید. تعداد زیادی از بررسی‌های بر روی میدان جریان دیوار انتهایی در تلاش برای درک ساختارهای جریان ثانوی و انتقال حرارت مربوطه متمرکز شده‌اند.
۲۵۲ – توصیف میدان جریان:
wang در سال ۱۹۹۷ مدل‌های ثانوی گوناگون منتشر شده، درباره میدان جریان نزدیک به دیوار انتهایی یک پرّه توربین را خلاصه کرد. Langston در سال ۱۹۸۸ ، Sharma و Butler (1987) و Goldstein و Spons (1988) سه مدل نماینده اصلی را نشان دادند. شکل ۵۲-۲ میدان جریان خلاصه شده توسط Langston را نشان می‌دهد. عکس تکامل تدریجی و توسعه دو ساق مارپیچ و یک مارپیچ معبر را نشان می‌دهد. شکل ۵۳-۲ یافته‌های Sharma و Butler را خلاصه می‌کند. آنها نشان می‌دهند که مارپیچ در سمت فشار به یک مارپیچ معبر تبدیل می‌شود و به طرف مارپیچ در سمت مکش نزدیک می‌گردد. مارپیچ‌ها جریان لایه مرزی را بطرف نوک ایرفویل حمل می‌نمایند.Goldstein و Spons نتایج خودشان را درباره میدان جریان دیوار انتهایی ارائه کردند.

شکل ۵۴-۲ الگوی مارپیچ مشروح توسط Goldstein و Spons را نشان می‌دهد. شکل تمام مارپیچ‌های فعال را نشان می‌دهد. جریانهای ثانوی از ناحیه دیوار انتهایی اساساً نتیجه دو شیب فشار اصلی در معبر پره می‌باشند. تغییر فشار در معبر توسط توزیع سرعت لایه مرزی و تجمع جریان بر روی پره ایجاد می شود. این تغییرات فشار جریان را بطرف دیوار انتهایی جلو می برد و آن را به داخل دو ساق مارپیچ لبه هدایت کننده به پیش می راند. زاویه برگشت جریان بین ایرفویلهایک

شیب فشار قوی را در معبر بوجود می‌آورد. این شیب بر روی مسیرهای دو ساق مارپیچ و همچنین جریان با مومنتوم (اندازه حرکت) کم در مجاورت دیوار انتهایی تاثیر می‌گذارد. این تغییر، یک جریان را بر روی سطح فشار (رو به پایین) و یک جریان بر روی سطح مکش (رو به بالا) را موجب می‌شود. مارپیچ ساق سمت فشار با جریان مومنتوم کم نزدیک به دیوار انتهایی ترکیب می‌شود و مارپیچ معبر را بوجود می‌آورد. مارپیچ معبر از لبه هدایت کننده سمت فشار به طرف لبه دنباله سمت مکش ایرفویل مجاور در معبر جابجا می‌شود. این مارپیچ (بر چسب ۳) دیوار انتهایی نزدیک به سمت مک

ش را بلند می‌کند و در امتداد سمت مکش می‌چسبد، هنگامی که به موافق جریان در معبر عبور می‌نماید. مارپیچ سمت مکش ( با برچسب۲) نزدیک به دیوار انتهایی باقی می‌ماند تا اینکه به خط جدایش در سمت مکش می‌رسد و سپس دیوار انتهایی را بلند می‌کند و در امتداد سمت مکش در جهت موافق جریان ادامه می‌یابد.
مارپیچ سمت مکش در اطراف مارپیچ معبر می‌پیچد. این محل پیچیدن در محل‌های مختلف برای شکل‌های هندسی کاسکاد مختلف رخ می‌دهد. همچنین مارپیچ‌های با مومنتوم کم دیگری وجود دارند که موسوم به مارپیچ‌های گوشه می‌باشند. همچنین یک مولفه رو به پایین از سرعت در طرف فشار به طرف دیوار انتهایی وجود دارد که ممکن است مارپیچ معبر را به طرف سمت مکش به جلو براند.