Adaptation of k-ε turbulence model for the flat plate film cooling numerical simulations downstream two rows of holes arranged in spherical dimples

Authors

  • Артем Артемович Халатов Институт технической теплофизики НАН Украины; Кафедра «Физика энергетических систем», НТУУ «КПИ» Физико-технический институт ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057, Ukraine
  • Мария Владимировна Безлюдная НТУУ «Киевский политехнический институт» Физико-технический институт Просп. Победы, 37, Киев, Украина, 03056, Ukraine
  • Юрий Яковлевич Дашевский ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» Просп. Октябрьский, 42-а, г. Николаев, Украина, 54018, Ukraine
  • Сергей Дмитриевич Северин Институт технической теплофизики НАН Украины ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057, Ukraine
  • Игорь Иванович Борисов Институт технической теплофизики НАН Украины ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.14867

Keywords:

film cooling, the adiabatic effectiveness, spherical dimples, numerical simulation, k-ε turbulence model

Abstract

This paper presents results of numerical simulation development for flat plate film cooling with coolant injection through two rows of cylindrical holes arranged in spherical dimples. The previous experience has shown that application of standard turbulence models lead to significant difference between numerical simulation results and experimental data. The numerical simulation development lay in providing of correspondence between calculated and experimental film cooling efficiency values and was carried out with the use of commercial software package ANSYS CFX 14 in two stages. At first stage test calculations were performed for turbulence model second stage the adaptation of selected k-ε turbulence model was performed with variation of modeling constant Cε1 within 0.8- 1.8 limits. 

Calculations showed that best agreement with experiment at blowing ratio m = 0.5 was provided with a standard constant value Cε1=1,44; at m = 1,0 it is reasonable to use value Cε1=1,2; at m=1,5 and 2,0 according to film cooling effectiveness downstream first and second rows best agreement is provided at Cε1=1,0. In calculations with recommended Cε1 values maximum discrepancy with experiment does not exceed 15 %.

Author Biographies

Артем Артемович Халатов, Институт технической теплофизики НАН Украины; Кафедра «Физика энергетических систем», НТУУ «КПИ» Физико-технический институт ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057

Д.т.н., проф., академик НАНУ, зав. отделом, зав. кафедрой

Отдел «Высокотемпературная термогазодинамика»

Мария Владимировна Безлюдная, НТУУ «Киевский политехнический институт» Физико-технический институт Просп. Победы, 37, Киев, Украина, 03056

Аспирант

Кафедра физики энергетических систем

Юрий Яковлевич Дашевский, ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» Просп. Октябрьский, 42-а, г. Николаев, Украина, 54018

К. т. н., нач. сектора

Сектор тепловых и гидравлических расчётов, Отдел турбин

Сергей Дмитриевич Северин, Институт технической теплофизики НАН Украины ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057

К. т. н., старший научный сотрудник

Отдел высокотемпературной термогазодинамики

Игорь Иванович Борисов, Институт технической теплофизики НАН Украины ул. Желябова, 2а, г. Киев, Украина, 03057

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Отдел высокотемпературной термогазодинамики

References

  1. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил : т. 7, в 9 т. : Вихревые технологии аэротермодинамики в энергетическом газотурбостроении. — Киев : Ин-т технической теплофизики НАН Украины, 2008. — 292 с.
  2. Репухов В.М. Теория тепловой защиты стенки вдувом газа. — Киев, Наукова думка. — 1980. — 296 с.
  3. Boyce M. P. Gas turbine engineering handbook / M. P. Boyce. — Gulf Professional Publishing, 2006. — 962 p.
  4. Goldstein R.J. Effects of hole geometry and density on three-dimensional film cooling / R.J. Goldstein, E.R.G. Eckert // Int. J. of Heat and Mass Transfer. — 1974. — Vol. 17, No. 5. — P. 595–607.
  5. Colban W.F. A film cooling correlation for shaped hole on a flat-plate surface / W.F. Colban, K.A. Thole, D. A. Bogard // ASME Paper GT2008–50121. — 15 p.
  6. Leedom D.H. Large eddy simulations of film cooling flow fields from cylindrical and shaped holes / D.H. Leedom, S. Acharya // ASME Paper GT2008–51009. — 13 p.
  7. Халатов А.А. Плёночное охлаждение плоской поверхности двухрядной системой отверстий в сферических углублениях / А.А. Халатов, И.И. Борисов, А.С. Коваленко и др. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — Т. 57, № 3/10. — 2012. — C. 4–8.
  8. Мочалин Е.В. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил : т. 8, в 9 т.: Гидродинамика закрученного потока в ротационных фильтрах / Е.В. Мочалин, А.А. Халатов. — Киев : Ин-т технической теплофизики НАН Украины, 2010. — 428 с.
  9. Снегирев Ю.А. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: Учеб. пособие. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2009. — 143 с.
  10. Khalatov A.A. (2008) Heat transfer and hydrodynamics in the field of centrifugal mass forces. Kiev, Int. of heat physics NAS of Ukraine, 292.
  11. Riepukhov V. M. (1980) The theory of thermal protection of wall by gas injection. Kiev, 296.
  12. Boyce M. P. (2006) Gas turbine engineering handbook. Gulf Professional Publishing, 962.
  13. Goldstein R.J., Eckert E.R.G. (1974) Effects of hole geometry and density on three-dimensional film cooling. Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 17, no. 5, 595–607.
  14. Colban W.F., Thole K.A., Bogard D. A. (2008) A film cooling correlation for shaped hole on a flat-plate surface. ASME Paper GT2008–50121, 15.
  15. Leedom D.H., Acharya S. (2008) Large eddy simulations of film cooling flow fields from cylindrical and shaped holes. ASME Paper GT2008–51009, 13.
  16. Khalatov A.A., Borisov I.I., Kovalenko A.S. etc. (2012) A film cooling of flat surface through holes in the two-row system of spherical dimples. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 57, no. 3/10, 4–8.
  17. Mochalin Y.V., Khalatov A.A. (2010) Heat transfer and hydrodynamics in the fields of centrifugal-force. Kiev, Int. of heat physics NAS of Ukrainе, 428.
  18. Snehirov Yu.A.(2009) High-performance computing in technical physics. Numerical simulation of turbulent flows.143.

Downloads

Published

2013-06-19

How to Cite

Халатов, А. А., Безлюдная, М. В., Дашевский, Ю. Я., Северин, С. Д., & Борисов, И. И. (2013). Adaptation of k-ε turbulence model for the flat plate film cooling numerical simulations downstream two rows of holes arranged in spherical dimples. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12(63), 4–8. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.14867

Issue

Vol. 3 No. 12(63) (2013): MODERN TECHNOLOGIES IN THE GAS-TURBINE

Section

Modern technologies in the gas-turbine

License

Copyright (c) 2014 Артем Артемович Халатов, Мария Владимировна Безлюдная, Юрий Яковлевич Дашевский, Сергей Дмитриевич Северин, Игорь Иванович Борисов

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The consolidation and conditions for the transfer of copyright (identification of authorship) is carried out in the License Agreement. In particular, the authors reserve the right to the authorship of their manuscript and transfer the first publication of this work to the journal under the terms of the Creative Commons CC BY license. At the same time, they have the right to conclude on their own additional agreements concerning the non-exclusive distribution of the work in the form in which it was published by this journal, but provided that the link to the first publication of the article in this journal is preserved.

A license agreement is a document in which the author warrants that he/she owns all copyright for the work (manuscript, article, etc.).
The authors, signing the License Agreement with TECHNOLOGY CENTER PC, have all rights to the further use of their work, provided that they link to our edition in which the work was published.
According to the terms of the License Agreement, the Publisher TECHNOLOGY CENTER PC does not take away your copyrights and receives permission from the authors to use and dissemination of the publication through the world's scientific resources (own electronic resources, scientometric databases, repositories, libraries, etc.).
In the absence of a signed License Agreement or in the absence of this agreement of identifiers allowing to identify the identity of the author, the editors have no right to work with the manuscript.
It is important to remember that there is another type of agreement between authors and publishers – when copyright is transferred from the authors to the publisher. In this case, the authors lose ownership of their work and may not use it in any way.