Теплоотдача при струйно-дефлекторном охлаждении турбинных лопаток с полусферическими выступами и выемками

• Автор: Иванов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Струйный обдув теплообменной поверхности
1.2 Теплообмен и гидродинамика потоков при тангенциальном обтекании сферических выступов
1.3 Теплообмен и гидродинамика потоков при тангенциальном обтекании сферических выемок
1.4 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ, ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
2.1. Выбор и обоснование варьируемых параметров
и методов исследования теплоотдачи
2.2. Описание экспериментальной установки и объекта исследования для экспериментов по теплоотдаче на поверхности с полусферическими выступами
2.3. Описание экспериментальной установки и объекта исследования для экспериментов по теплоотдаче на поверхности с полусферическими выемками
2.4. Программа проведения экспериментов
2.5. Методика обработки опытных данных
2.6 Оценка погрешностей экспериментов
ГЛАВА 3. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СТРУЙНОМ ОБДУВЕ УЧАСТКА ВХОДНОЙ КРОМКИ ТУРБИННОЙ ЛОПАТКИ С ПОЛУСФЕРИЧЕСКИМИ ВЫСТУПАМИ
3.1. Результаты тестовых экспериментов
3.2. Теплоотдача на модели участка входной кромки турбинной лопатки
в области лобовой точки
3.2. Теплоотдача на участке струйного последействия

ГЛАВА 4. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СТРУЙНОМ ОХЛАЖДЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ С ВЫЕМКАМИ, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТЕЧЕНИЙ, РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ, СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕМПЕРАТУРЫ ВХОДНОЙ КРОМКИ И СПИНКИ ЛОПАТОК
4Л. Теплоотдача при струйном охлаждении поверхности с выемками
4.2. Результаты визуализации течений
4.3 Рекомендации по расчету и конструированию струйно-дефлекторных
систем с полусферическими выступами или выемками
4.4. Сравнительные расчеты температурного состояния входной кромки
и спинки турбинной лопатки
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ГТД - газотурбинный двигатель;
ГТУ - газотурбинная установка;
КВД - компрессор высокого давления; b - ширина плоской щели; d - диаметр отверстия в дефлекторе;
Dr - гидравлический диаметр;
dC(|, - диаметр полусферического выступа или выемки; f - относительная плотность расположения выступов или выемок; бохл - относительный расход охлаждающего воздуха;
Н - высота охлаждающего канала;
L - длина исследуемого участка;
Nud - число Нуссельта, рассчитанное по диаметру отверстия в дефлекторе; Nud - число Нуссельта, рассчитанное по гидравлическому диаметру;
NuH - число Нуссельта, рассчитанное по высоте охлаждающего канала;
Nux - число Нуссельта, рассчитанное по продольной криволинейной координате;
q - удельный тепловой поток;
Рг - число Прандтля;
R - радиус кривизны охлаждаемой поверхности;
гвх - наружный радиус входной кромки турбинной лопатки;
Red - число Рейнольдса, рассчитанное по диаметру отверстия в дефлекторе; Reo - число Рейнольдса, рассчитанное по гидравлическому диаметру;
ReH - число Рейнольдса, рассчитанное по высоте охлаждающего канала;
Rex - число Рейнольдса, рассчитанное по продольной криволинейной координате;
t - шаг отверстий в дефлекторе;
Т*г - температура газа;
Т*охл.вх. - температура охлаждающего воздуха на входе в лопатку;

Приведенные на рисунке 1.18 результаты экспериментов цитируемой работы по исследованию турбулентного обтекания поверхности со сферическими выступами показывают, что во всем диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров теплоотдача характеризуется показателем степени ш при числе Кеи, равном 0,75. Как видно, показатель степени при числе Рейнольдса принимает промежуточные значения между т=0,8 (гладкий канал) и т=0,6 (пучок поперечно обтекаемых труб или цилиндров).
Авторы цитируемой работы установили, что с увеличением ЬСф/с1Сф от 0,21 до 0,5 теплоотдача по сравнению с турбулентным течением в гладком канале увеличивается в 1,5ч-2 раза.
Обобщение опытных данных [21] при турбулентном течении позволило получить авторам уравнение подобия, справедливое в следующем диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров:
Яе^бЗО-ИбООО; Ьсф/с1Сф=0,21-МЗ,5; Нк/бСф=0,7 1,68:
КиЛ = 0,075 Яе“’75 /й?сф )°’527. (1.4)
Рассмотрим энергоэффективность интенсификации теплообмена
поперечными и сферическими выступами.
Как видно из рисунка 1.19, увеличение теплоотдачи может достигнуть
2...2,6 при возрастании ф^гл до восьми раз.
Сравнительный анализ энергетической эффективности интенсификации теплообмена был выполнен в монографии [21] с помощью параметра М.В.Кирпичева [31, 56], модернизированного В.И.Антуфьевым:
Е' = а/М7, (1.5)
где а - коэффициент теплоотдачи; N - мощность на прокачку теплоносителя; Т*1 - площадь поверхности теплообмена.