Determinación del efecto de promotores de turbulencia en el arrastre de la película de enfriamiento de álabes de turbina de gas

En el presente trabajo de investigación se presenta un estudio numérico para analizar el efecto que tiene el uso de promotores de turbulencia dentro del canal de enfriamiento sobre la eficiencia de la película de enfriamiento de los álabes de una turbina de gas. Se compara el aumento de la rugosidad dentro del canal de enfriamiento (uso de promotores de turbulencia) contra una pared lisa (condición normal) y cómo estos cambios influyen en la eficiencia de la película de enfriamiento. Se emplea el modelo de turbulencia a k-ε RNG para resolver el flujo turbulento, debido a las buenas aproximaciones que se presentan entre cálculos de CFD y mediciones experimentales de la eficiencia de la película de enfriamiento. Se varió la relación de soplado con el objetivo de encontrar la relación que beneficie a la película de enfriamiento, además, se varió la relación de K=L/h, donde L es la distancia entre los promotores y h es la altura del promotor de turbulencia dentro del canal de enfriamiento. Los resultados mostraron que con una relación de soplado M=0.5, la eficiencia de la película de enfriamiento, la cobertura de protección de la película y la temperatura en la superficie de la placa plana aumentan significativamente con el uso de los promotores de turbulencia en el canal de refrigeración, además que, la mejor eficiencia de la película de enfriamiento se encontró para una relación de K=11.

In this research work, a numerical study is presented to analyze the effect of turbulence promoters within the cooling channel on the film cooling effectiveness of the gas turbine blades. The increase in roughness within the cooling channel (use of turbulence promoters) is compared against a smooth wall (normal condition) and how these changes influence the film cooling effectiveness. The k-ε RNG turbulence model is used to solve the turbulent flow, due to the good approximations between CFD calculations and experimental measurements of the cooling film efficiency. The blowing ratio was varied to find the condition that benefits the film cooling effectiveness, in addition, the K=L/h ratio was varied, where L is the distance between the promoters and h is the height of the turbulence promoter inside the cooling channel. The results showed that with a blowing ratio M=0.5, the film cooling effectiveness, the protective coverage of the film, and the temperature on the surface of the flat plate increase significantly with the use of the turbulence promoters in the cooling channel, in addition to that, the best efficiency of the cooling film was found for a ratio of K=11.