تقييم نماذج الاضطراب المختلفة والمحللات العددية المختلفة لجريان و انتقال الحرارة في جيت ريش توربينة عابرة للصوت

يُعد جريان الغاز فوق ريش التوربين من أكثر مجالات الجريان تعقيداً، وذلك نتيجة لتغير أنظمة التدفق المصاحبة وآليات انتقال الحرارة المرتبطة بها. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم قدرات النمذجة التنبؤية ثنائية وثلاثية الأبعاد لانتقال الحرارة الخارجي عن قطاعات الريش، وذلك باستخدام كلٍ من المحلل العددي المعتمد على الضغط (PBS) والمحلل المعتمد على الكثافة (DBS). وقد أظهرت النتائج التأثير الواضح للدوامات الثانوية القوية، وظاهرة الانتقال من الجريان الصفحي إلى الجريان المضطرب، إلى جانب خصائص مناطق الركود.

تم إجراء المحاكاة العددية باستخدام شبكة حسابية رباعية غير منتظمة من خلال برنامج FLUENT 6.3، حيث تم حل معادلات نافير–ستوكس المتوسطة زمنياً (RANS) باستخدام طريقة الحجوم المحددة وبدقة من الرتبة الثانية. وقد أُجريت الحسابات عند أعداد رينولدز عند المخرج تصل إلى القيمة العظمى لمنشأة الاختبار والبالغة ‎2.50 × 10⁶‎، مع نسبة أبعاد للريشة مقدارها ‎1.17‎. وأوضحت النتائج أن استخدام شبكات حسابية ثلاثية الأبعاد دقيقة نسبياً يُعد أمراً ضرورياً للحصول على تنبؤات دقيقة لانتقال الحرارة الموضعي، والذي يتأثر بشكل أساسي بالبنية ثلاثية الأبعاد المعقدة للتدفقات الثانوية.

كما تم عرض نتائج المحاكاة العددية لانتقال الحرارة في الجريان المضطرب ثنائي وثلاثي الأبعاد داخل شلال توربينة عابرة للصوت باستخدام عدة نماذج للاضطراب، شملت نموذج Spalart–Allmaras، ونموذج RNG k–ε، ونموذج SST k–ω.

وتضمنت الدراسة تقديم تنبؤات تفصيلية لانتقال الحرارة لدوار توربينة مخصص لتوليد القدرة، بزاوية انحراف اسمية تبلغ ‎127°‎ وطول وتر محوري مقداره ‎130 مم‎. وقد تبين أن جريان الممرات بين الريش يتميز بدرجة عالية من التعقيد ثلاثي الأبعاد نتيجة لزيادة زاوية انحراف الجريان وتطور الطبقات الحدية ثلاثية الأبعاد. وأظهرت المقارنة مع النتائج التجريبية والعددية التي قدمها جيل وفريقه (2004) توافقاً جيداً، لا سيما عند استخدام المحلل المعتمد على الكثافة مقترناً بنموذج الاضطراب
Spalart–Allmaras.