Buhar türbininde genişleme ilerledikçe basınç ve sıcaklık düşer; belirli bir noktadan sonra buhar doyma eğrisini geçer ve yoğuşmaya başlar. Son kademeler bu yüzden iki fazlı çalışır.
İki ayrı kayıp
Termodinamik kayıp. Yoğuşma dengede olmaz; buhar önce aşırı soğur, sonra ani çekirdeklenmeyle yoğuşur. Bu tersinmez süreç entropi üretir ve verim kaybına yol açar.
Mekanik kayıp. Oluşan damlacıklar buhardan yavaştır; kanatlara çarparken momentum alışverişi yapar ve ek kayıp üretir.
Erozyon
Asıl sorun daha fiziksel: damlacıklar sabit kanatlarda birikip film oluşturur, film kenarda kopup iri damlalara dönüşür ve bu damlalar dönen kanatlara yüksek bağıl hızla çarpar. Sonuç, kanat giriş kenarında kademeli malzeme kaybıdır.
Karşı önlemler — nem alma yarıkları, sabit kanat ısıtma, dayanıklı kaplama, kademeler arası mesafe — hepsi analizle değerlendirilebilecek geometrik kararlardır.
Modelleme
Denge dışı yoğuşma. Doyma eğrisinde ani faz değişimi varsayan bir model, aşırı soğuma bölgesini ve çekirdeklenmeyi göremez; verim tahmini iyimser çıkar.
İki boyut dağılımı. Küçük çekirdeklenme damlacıkları ile sabit kanattan kopan iri damlalar farklı mertebelerdedir ve farklı davranırlar. Tek bir ortalama çapla çalışmak erozyon tahminini anlamsız kılar. Bkz. çok fazlı akış notu.
Damlacık takibi. İri damlaların yörüngesi ayrık faz olarak izlenir; sürükleme katsayısı Reynolds sayısına bağlı hesaplanmalıdır [1].
Zamana bağlı etkileşim. Kanatlara çarpma, sabit-dönen kanat etkileşiminin bir parçasıdır ve kalıcı rejim ortalaması bunu siler. Bkz. dönen makineler notu.
Erozyon tahminleri mutlak değer olarak zayıftır; karşılaştırmalı kullanım ve ölçülmüş işletme verisiyle kalibrasyon gerekir.
Kaynaklar
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806
- International Towing Tank Conference. ITTC Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03: Practical Guidelines for Ship CFD Applications. ITTC.