بررسي عددي و تجربي پوشش هاي سد حرارتي درجه بندي شده مورد استفاده در محفظه داغ توربين

كارشناسي ارشد

پوشش¬هاي سد حرارتي (Thermal Barrier Coating) به منظور عايق سازي اجزاي موجود در بخشهاي داغ توربين¬هاي گازي مورد استفاده قرار مي¬گيرند. استفاده از پوشش‌هاي سد حرارتي باعث افزايش شيب حرارتي، كاهش دماي زيرلايه و افزايش بازده كاري توربين‌ها مي‌شود. يكي از عوامل اصلي ايجاد تنش در پوشش‌هاي سد حرارتي عدم تطابق ضريب انبساط حرارتي لايه‌هاي مختلف پوشش سد حرارتي مي‌باشد. به منظور كاهش اين عامل و بهبود طول عمر پوشش‌هاي سد حرارتي، استفاده از پوشش‌هاي سدحرارتي درجه بندي شده (FG-TBC) با تغيير تدريجي تركيب شيميايي مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش با استفاده از نرم افزار المان محدود (ABAQUS) توزيع دما و تنش¬هاي پسماند در پوشش سد حرارتي معمولي و پوشش سد حرارتي درجه‌بندي‌شده از طريق پاشش پلاسمايي بر روي سوپرآلياژ Hastelloy-X تحت يك چرخه حرارتي شبيه‌سازي و مورد مطالعه قرار گرفت. براي اين منظور خواص حرارتي و مكانيكي لايه‌هاي مختلف پوشش سد حرارتي وابسته به دما تعريف شد و خواص لايه‌هاي كامپوزيتي با استفاده از قانون اختلاط ويگارد (Vegard) محاسبه شد سپس شرايط مرزي حرارتي و مكانيكي مناسب اعمال شد و با استفاده از يك مدل مكانيكي كوپل شده با مدل حرارتي كانتور‌هاي توزيع تنش و دما براي پوشش سدحرارتي دولايه به دست آمد. براي اعتبارسنجي مدل ارائه شده از آزمون‌ تجربي استفاده شد. براي اين منظور با استفاده از روش نانوفرورونده ميزان تنش باقيمانده در پوشش به دست آمد و سپس با مقايسه آن با مقدار تنش به دست آمده از طريق مدل، اعتبار شبيه سازي مورد تاييد قرار گرفت. با مقايسه توزيع تنش و توزيع دما براي پوشش سدحرارتي معمولي و پوشش سدحرارتي درجه‌بندي‌شده مشخص شد كه ميزان تنش پسماند در پوشش سدحرارتي درجه‌بندي‌شده سه‌لايه كمتر از پوشش سدحرارتي معمولي مي‌باشد. دليل اين امر كاهش عدم تطابق ضرايب انبساط حرارتي لايه‌هاي مختلف در پوشش سد حرارتي درجه‌بندي‌شده نسبت به پوشش معمولي مي‌باشد. علاوه بر اين، تاثير پارامترهاي مختلف شامل ضريب انبساط حرارتي، هدايت حرارتي و مدول الاستيك لايه رويي، طول موج و دامنه فصل مشترك لايه‌هاي مختلف پوشش بر توزيع تنش و توزيع دما مورد بررسي قرار گرفت.

192793

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر نسيم نايب پاشايي

انتخاب و شناسايي و انتخاب مواد فلزي

دكتر سيدين - دكتر ابوطالبي