Flujo y transferencia de calor en una cavidad de disco rotatorio con flujo axial a condiciones de alta velocidad

Resumen El flujo y la transferencia de calor en una cavidad de disco rotatorio de compresor con flujo axial se investigan utilizando simulaciones de grandes remolinos modeladas en la pared (WMLES). Estas se comparan con mediciones de experimentos publicados recientemente y se utilizan para investigar los efectos de números de Reynolds altos. Las simulaciones utilizan un solucionador CFD de código abierto con alta eficiencia paralela y emplean la aproximación de Boussinesq para la flotabilidad centrífuga. Los efectos de energía cinética (caracterizados por el número de Eckert) se tienen en cuenta escalando las condiciones de contorno térmico de temperatura estática a temperatura de estancamiento rotativo. La WMLES muestra un acuerdo muy alentador con los experimentos hasta el número de Reynolds más alto probado, Reϕ = 3.0 × 106. Una simulación adicional en Reϕ = 107 amplía la investigación a una condición de funcionamiento más representativa de compresores de alta presión de motores aéreos. Los resultados apoyan la escala de transferencia de calor del revestimiento encontrada a números de Reynolds más bajos, pero la transferencia de calor del disco es más alta de lo esperado a partir de una simple extrapolación de resultados a números de Reynolds más bajos. Esto se asocia con la transición a la turbulencia en las capas de Ekman del disco y es coherente con los números de Reynolds de la capa límite en esta condición. La introducción de remolinos en el flujo axial, como puede ocurrir en condiciones de motor, podría reducir los números de Reynolds de la capa límite y retrasar la transición.