Estudio por métodos numéricos de fenómenos de transmisión de calor por convección en turbinas de gas

• Autores: Pedro de la Calzada Mazeres
• Directores de la Tesis: Manuel Valdés del Fresno (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2003
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Crespo Martínez (presid.), J.Manuel Burón Caballero (secret.), José Juan Salvá Monfort (voc.), Alfredo Pinelli (voc.), Francisco José Jiménez-Espadafor Aguilar (voc.)
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• Resumen

  • Durante las últimas décadas las temperaturas de entrada a las turbinas de gas ha experimentado un claro aumento gracias al desarrollo de tecnologías de refrigeración y a la mejora de la capacidad de predicción de los fenómenos de transmisión de calor por convección en los álabes. Sin embargo, en los casos con flujos separados, como los que pueden aparecer sobre la cara de presión de álabes de turbina de baja presión actuales, hay una falta de conocimiento acerca del efecto de tales burbujas de separación sobre la transmisión de calor.

    El objetivo del presente trabajo es realizar una investigación mediante simulaciones numéricas de los fenómenos de transmisión de calor que tiene lugar en las burbujas de separación sobre la cara de presión de álabes de turbinas. Con este objeto se ha validado contra datos experimentales un código numérico de resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes, primero sobre flujos adheridos y después sobre flujos separados. Los resultados muestran que el código numérico predice con precisión suficiente tanto los fenómenos aerodinámicos como los de transmisión de calor.

    El mismo código se ha utilizado entonces para investigar detalladamente los fenómenos aerotérmicos que tienen lugar en las burbujas de separación, donde se han identificado algunos fenómenos novedosos que controlan la transimisión de calor. El análisis del campo fluido en la zona separada ha permitido identificar que, aunque la analogía de Reynolds entre la capa límite dinámica y la capa límite térmica no es válida en flujos separados, hay un cierto efecto del campo de velocidades sobre el campo de temperaturas estáticas donde es sobre todo la componente de la velocidad normal a la pared la que tiene un efecto predominante sobre el flujo de calor. Estos fenómenos son observables en las llamadas regiones de remanso de eyección e invección que son las responsables de las grandes variaciones de la tra