رسالة مقدمة الى جامعة بابل وهي جزء من متطلبات نيل درجة ماجستير في علوم الهندسة الميكانيكية / هندسة الحراريات اعدت من قبل طالبة الماجستير امال عباس هربود بكالوريوس هندسة ميكانيكية وبإشراف ا.م. د. ضرغام عبد الحسن الخفاجي . حيث تناول البحث دراسة نظرية لتحليل الجريان الحلقي في غرفة احتراق اسطوانية من نوع (can).
اجريت التجارب على غرفة احتراق حقيقية محرك توربين نوع frame 5 تم الحصول عليها من محطة الطاقة في الحلة /العراق. أنً جريان الهواء الحلقي الذي يستخدم لتبريد جدار غرفة الاحتراق مهم في لزيادة عمر جدار غرفة الاحتراق. اجريت الدراسة العملية عن طريق وصل غرفة الاحتراق مع النفق الهوائي الذي يستخدم لدفع الهواء لتحقيق سرعة محددة.
استخدم لهذا الغرض نفق هوائي من نوع (open-return). سرعة الدخول الهواء لغرفه الاحتراق هي 32م/ثا. سخن جدار غرفة الاحتراق بواسطة استخدام اربع مسخنات كهربائية ذات قدرة (3000) واط. استخدم ستة(thermocouple) من نوع(K-Type) لتحقيق قياس دقيق لدرجات حرارة لجدار غرفة الاحتراق.
استخدم ( mulit Pitot tubes)و (multi manometer) لرسم هيئة توزيع السرعة بواسطة قياس اختلاف ارتفاع الضغط في نقاط محددة داخل مجرى الحلقي. حسبت السرعة بواسطة تطبيق معادلة برنولي لكل محطة قياس. تم اختيار ست محطات لقياس السرع بوجود وعدم وجود انتقال الحرارة لكل من الجزء الحلقي الداخلي والخارجي. حيث اختيرت محطات قياس السرع قبل وبعد الثقوب الابتدائية والثانوية والتخفيف لتعطي صورة واضحة عن سلوك الهواء الحلقي عند عبور الثقوب. وتعتبر هذه المحطات هي الاهم في توضيح هيئة السرعة اثناء انتقال الحرارة.
اوضحت النتائج العملية عند ارتفاع درجة الحرارة جدار غرفة الاحتراق من 298 كلفن الى 773 كلفن يؤدي الى تحطيم مسار السرعة داخل المنطقة الحلقية بحيث يؤدي الى انخفاض سرعة الهواء بالقرب من جدار غرفة الاحتراق في كل من الجزء الحلقي الداخلي والخارجي. عند زيادة درجة الحرارة فان لزوجة الهواء تزداد بسبب زيادة نشاط الجزيئات. حيث ان الطبقات المتاخمة القريبة من جدار غرفة الاحتراق تداخل مع باقي الطبقات الهواء داخل المجرى الحلقي لغرفة الاحتراق. ان انخفاض السرعه قريبا من جدار غرفة الاحتراق له تأثير سلبي على كمية الهواء الداخلة من خلال الثقوب. تزداد منطقة انخفاض السرع مع ارتفاع درجة الحرارة بنسبة تتراوح بين (8%-25%). وقد لوحظ ان مسار السرعة يمتلك اكبر منطقة لانخفاض سرعه في الجزء الحلقي الداخلي من الخارجي بمقدار 27.5% بسب تأثير التعجيل الارضي. حيث يؤثر التعجيل الارضي سلبيا على جريان الهواء في الجزء الحلقي الداخلي.
الدراسة العددية انجزت بواسطة استخدام ميكانيك الموائع الحسابية حيث تم تصميم نموذج ثلاثي الابعاد بواسطة استخدام برنامج Gambit 2.2.30. استخدم اثنان موديل ( RNG وSST) لدراسة سلوك جريان الهواء بوجود الحرارة. حيث ان RNGاعطى نتائج افضل من SST بمقدار 6 %. وقد اعطى تطابق الحسابات النظرية مع العملية ناتج مقبول حيث تصل الى اعلى نسبة خطا ±4% في المحطة السادسة, ±6% عند المحطة الرابعة و±14% عند المحطة الثانية. اوضحت الدراسة النظرية ان زيادة درجة الحرارة تؤدي الى يقل كل منReynolds number , Nusselt numberبمقدار57% بسبب تأثير الحرارة على لزوجة جريان الهواء الحلقي داخل مجرى الحلقي في غرفة الاحتراق. تقل ايضا كفاءة التبريد بنسبة 20% لذا فان كمية التبريد مهمة لحفظ جدار غرفة الاحتراق.
فرح حسين // اعلام كلية الهندسة