Optimized Winglet Design for Blade Tip to Counter Vortex Induced Thermal Gradient for Improved Component Life
Notice bibliographique
Résumé
Abstract High-efficiency gas turbines are the preferred solution for addressing power demand due to their high-power density and reduced emissions. Achieving higher efficiency requires operating the turbine at elevated inlet temperatures, which consequently subjects the hot gas path components to extreme thermal loads. Turbine blades are among the most critical components of a gas turbine, experiencing significant centrifugal, pressure and thermal loads. These operational conditions make turbine blades susceptible to various failure modes such as low cycle fatigue, creep, high cycle fatigue, TBC spallation and metal oxidation. A further increase in inlet temperature can reduce the operational lifespan of the turbine blades. In this work winglet design configuration was evaluated to reduce the vortex formation at the blade tip resulting in reduced thermal gradient even at higher turbine inlet temperature. These thermal gradients create uneven temperature distributions, resulting in localized thermal stresses that limit the component life for higher gas turbine inlet temperatures. The designs exemplified in this study significantly reduce this adverse effect by counteracting vortex induced thermal gradients. Through a comprehensive approach leveraging advanced conjugate heat transfer (CHT) simulations, the complex interaction between vortex flow patterns and heat transfer at the blade tip is thoroughly investigated. Various winglet configurations are analyzed to assess their influence on vortex strength and heat dissipation, with focus on promoting a more uniform temperature distribution. Computational results demonstrate a significant reduction in thermal gradients leading to more evenly distributed temperature profile across blade surface (near tip). The more uniform thermal field contributes directly to an increase in the life of these turbine blade designs, thereby demonstrating the opportunity for enhancing reliability and operational lifespan for future generation gas turbines. The result of this study provides valuable insight into the design of advance winglet configurations that not only optimize thermal performance but also improve the durability of turbine blades. This works offers a promising pathway for the development of more robust and efficient turbomachinery components, with direct application in turbine design and operation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».