Повышение эффективности циклонно-вихревого охлаждения лопаток высокотемпературных турбин

• Автор: Хасанов, Салават Маратович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ТУРБИН

1.1 Перспективы использования высокотемпературных турбин

1.2 Анализ систем охлаждения лопаток газовых турбин

1.3 Выбор схем систем охлаждения лопаток высокотемпературных турбин..

1.4 Постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ВО ВНУТРЕННИХ КАНАЛАХ ЛОПАТКИ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

2.1 Постановка задачи, математическая модель и граничные условия

2.2 Выбор и обоснование метода численного расчета, построение расчетной области, выбор и генерация расчетной сетки

2.3 Результаты численного расчета и их анализ

Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ВО ВНУТРЕННИХ КАНАЛАХ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
3.1 Методика экспериментального исследования и стенд для ее реализации.
3.2 Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы
3.3 Анализ погрешностей измерений
3.3.1 Погрешности измерения полного давления
3.3.2 Погрешности измерения статического давления
3.3.3 Погрешность измерения температурного поля перед межлопаточным каналом
3.4 Анализ результатов экспериментальных данных
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СОПЛОВОЙ ЛОПАТКИ С
ЦИКЛОННО-ВИХРЕВОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ
4Л Конструкция сопловой лопатки с циклонно-вихревой системой охлаждения
4.2 Методика экспериментального исследования и стенд для ее реализации
4.3 Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы. Анализ погрешностей измерений
4.4 Анализ результатов экспериментов и сравнение их с результатами расчетов
Выводы по главе
ГЛАВА 5 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СОПЛОВОЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ
5.1 Постановка задачи, математическая модель и граничные условия
5.2 Построение расчетной области, выбор и генерация расчетной сетки.
5.3 Результаты численного расчета и их анализ
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Патент на изобретение «Сопловая лопатка газовой турбины
с циклонно-вихревой системой охлаждения»
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты внедрения
ПРИЛОЖЕНИЕ В Медаль «За успехи в научно-техническом творчестве».... 148 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Дипломы за участие во всероссийских и международных конференциях

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Принятые обозначения Р - давление, [Па]; р-плотность, [кг/м3];
Т - температура, [К];
АТ - разность температур, [К]; п - число тангенциальных подводов;
И - статическая удельная энтальпия, [Дж/кг];
Н- полная удельная энтальпия, [Дж/кг]; и - осевая составляющая скорости, [м/с];
V- окружная составляющая скорости, [м/с]; лу - радиальная составляющая скорости, [м/с];
11 - скорость, [м/с];
а - коэффициент теплоотдачи, [Вт/(м2 К)];
I - время, [с];
Ые — число Рейнольдса;
X - теплопроводность, [Вт/(м К)];
I - шаг решетки, [м];
Ь - хорда решетки, [м];
с - ширина решетки, [м];
ц - динамическая вязкость, [кг/(м с)];
V - кинематическая вязкость, [м2/с];
Ь - линейный масштаб турбулентности, [м]; г-радиус, [м];
сгшх — максимальная толщина профиля; [мм];
/гж.п - относительную высоту пера лопатки.
8* - толщина вытеснения пограничного слоя, [м];

организовать «циклон» рис. 1.19, при котором воздух со скоростью, соответствующей А, = 0,8 - 1,через тангенциальные щели по всей высоте пера подается в круглый кромочный канал, охлаждает стенку и вытекает через перфорацию на спинке в области наружного давления Рнар=0,15 Р'г.
Для выходной кромки рабочей лопатки целесообразна "вихревая" схема течения охладителя рис. 1.19, при которой охладитель идет струями вдоль всей оболочки с некоторой закруткой между компланарно скрещивающимися ребрами на внутренней поверхности этой оболочки.
При всех достоинствах представленных выше конвективных способов охлаждения пера все они обладают одним недостатком, возможностью местной интенсификации теплообмена на каком-либо участке пера, которая может не только не уменьшить, но и увеличить температурную неравномерность и термические напряжения в охлаждаемом теле.
При Т* >1650ЛГ представленные конвективные способы являются
малоэффективными. Поэтому принимают дополнительные меры по снижению температур входной и выходной кромок, например, организуют пленочную завесу через перфорацию стенки рис. 1.21.
Рис. 1.20. Схема течения охладителя в кромочных каналах лопатки с перфорацией стенки
Выдув охладителя на поверхность пера ведет к дополнительным профильным, термодинамическим и другим потерям, поэтому перфорацию