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Numerical Predictions of the Effect of Rotation on Fluid Flow and Heat Transfer in an Engine-Similar Two-Pass Internal Cooling Channel With Smooth and Ribbed Walls

Schüler, M. und Dreher, H.-M. und Neumann, S.O. und Weigand, B. und Elfert, M. (2012) Numerical Predictions of the Effect of Rotation on Fluid Flow and Heat Transfer in an Engine-Similar Two-Pass Internal Cooling Channel With Smooth and Ribbed Walls. Journal of Turbomachinery, VOL. 134 (NO. 2), 021021-1-021021-10. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4003086. ISSN 0889-504X.

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Kurzfassung

In the present study, a two-pass internal cooling channel with engine-similar cross-sections was investigated numerically. The channel featured a trapezoidal inlet pass, a sharp 180 deg bend, and a nearly rectangular outlet pass. Calculations were done for a configuration with smooth walls and walls equipped with 45 deg skewed ribs (P/e=10, e/dh=0.1) at a Reynolds number of Re=50,000. The present study focused on the effect of rotation on fluid flow and heat transfer. The investigated rotation numbers were Ro=0.0 and 0.10. The computations were performed by solving the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations (Reynolds-averaged Navier–Stokes method) with the commercial finite-volume solver FLUENT using a low-Re shear stress transport (SST) k- turbulence model. The numerical grids were block-structured hexahedral meshes generated with POINTWISE. Flow field measurements were independently performed at German Aerospace Centre Cologne using particle image velocimetry. In the smooth channel, rotation had a large impact on secondary flows. Especially, rotation induced vortices completely changed the flow field. Rotation also changed flow impingement on the tip and the outlet pass sidewall. Heat transfer in the outlet pass was strongly altered by rotation. In contrast to the smooth channel, rotation showed less influence on heat transfer in the ribbed channel. This is due to a strong secondary flow field induced by the ribs. However, in the outlet pass, Coriolis forces markedly affected the rib induced secondary flow field. The influence of rotation on heat transfer was visible in particular in the bend region and in the second pass directly downstream of the bend.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/76746/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Numerical Predictions of the Effect of Rotation on Fluid Flow and Heat Transfer in an Engine-Similar Two-Pass Internal Cooling Channel With Smooth and Ribbed Walls
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schüler, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dreher, H.-M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, S.O.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weigand, B.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elfert, M.martin.elfert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2012
Erschienen in:Journal of Turbomachinery
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:VOL. 134
DOI:10.1115/1.4003086
Seitenbereich:021021-1-021021-10
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Wisler , David C.ASMENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
Name der Reihe:Journal of Turbomachinery
ISSN:0889-504X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:turbine blade cooling, two-pass system, ribbed wall, bend, u-turn, flow turning, serpentine passage, flow simulation, CFD, heat transfer measurement, heat transfer prediction, LC Liquid Crystal, transient temperature measurement technique
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung (alt)
HGF - Programmthema:E VG - Verbrennungs- und Gasturbinentechnik (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VG - Verbrennungs- und Gasturbinentechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Gasturbine (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Turbine
Hinterlegt von: Fox, Rosemarie
Hinterlegt am:09 Aug 2012 11:02
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:46

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