On the optimization of 3D-flow and heat transfer by using the Ice Formation Method: Vane endwall heat transfer
On the optimization of 3D-flow and heat transfer by using the Ice Formation Method: Vane endwall heat transfer
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使用冰形成法优化 3D 流动和传热：叶片端壁传热
DOI：
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.045
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发表时间：
2015
影响因子：
5.2
通讯作者：
Rostyslav Lyulinetskyy
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sven Winkler;Kristian Haase;Sven Olaf Neumann;Bernhard Weigand;Rostyslav Lyulinetskyy
技术流量装置通常通过使用数值算法进行优化，该算法分析了流量限制几何形状的众多设计变量，直到找到最佳解决方案。在本文中，我们提出了一种替代方法：冰形成方法（IFM）。我们将此方法应用于涡轮机叶片端壁，以优化端壁的传热。在平坦端壁的基础上，我们首先在水槽试验设施中创建了冰轮廓端壁。然后，我们使用空气的数值模拟来分析这些轮廓，以批准它们作为燃气轮机的工作介质。结果表明，IFM可靠地创建轮廓与降低传热系数（HTC）。在这种情况下，我们创建了一个轮廓，与基线相比，平均HTC降低了5.2%。分析该轮廓表明，它通过打破近端壁涡流从而减少二次流来适应流场。我们发现，这种减少HTC的结果从自然字符的IFM减少熵产生率由于热传导。
Technical flow devices are usually optimized by using numerical algorithms that analyze a multitude of design variants for the flow restraining geometry until an optimum solution is found. In this paper, we present an alternative approach: the Ice Formation Method (IFM). We show the application of this method to a turbine vane endwall in order to optimize the endwall with respect to heat transfer. On the basis of a flat endwall, we first created ice-contoured endwalls in our water channel test facility. We then analyzed these contours using numerical simulations with air to approve them for the working medium of gas turbines. Results show that the IFM reliably creates contours with reduced heat transfer coefficients (HTC). In this vein, we created one contour that reduces the average HTC by 5.2% compared to the baseline. Analyzing this contour revealed that it adapts to the flow field by breaking up the near endwall vortices and thus reducing secondary flows. We found that this reduction in HTC results from the natural character of the IFM to reduce entropy production rates due to heat conduction.
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