Обоснование эффективности применения составных проницаемых оболочек в охлаждаемых лопатках газовых турбин на основе физического и численного моделирования

• Автор: Назаренко, Андрей Владиславович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1. СОСТАВНЫЕ ПРОНИЦАЕМЫЕ ОБОЛОЧКИ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТКАХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ РАСЧЁТА ■
1.1. Конструкции охлаждаемых лопаточных аппаратов турбин с
применением составных проницаемых оболочек
1.2. Обзор и анализ экспериментальных исследований гидравлических характеристик СПО
1.3. Обзор и анализ опытных исследований теплообменных характеристик СПО
1.4. Методы расчета теплогидравлических характеристик составных проницаемых оболочек
1.5. Обзор и анализ работ по тепловому состоянию и эффективности охлаждения лопаточных аппаратов с проникающим охлаждением на базе СПО
1.6. Цели и задачи работы
2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В СОСТАВНЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ ОБОЛОЧКАХ
2.1. Особенности моделирования гидравлического сопротивления и теплообмена в каналах СПО
2.2. Численное моделирование теплофизических процессов в СПО
2.2.1. Постановка задачи и вычислительные аспекты
2.2.2. Анализ пространственной структуры потока и гидравлические характеристики СПО
2.2.3. Теплообмен в каналах СПО
2.3. Обобщение данных по внутреннему теплообмену в СПО
2.4. Модель пористого материала для расчета характеристик СПО
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПЫТНОЙ ЛОПАТКИ
3.1. Проектирование экспериментальной лопатки

3.2. Технология изготовления несущего стержня лопатки
3.2.1. Проектирование стержня
3.2.2. Технология изготовления СПО
3.3 Технология изготовления сопловой лопатки с оболочкой из СПО
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАЛЯЮЩЕЙ ЛОПАТКИ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ГТЭ - 150, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Экспериментальный стенд
4.2. Схема измерений стенда и методика обработки опытных данных
4.3. Результаты экспериментального исследования теплового состояния опытной лопатки
5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССОБМЕНА И ВЫБОР СИСТЕМЫ ПРОНИКАЮЩЕГО ОХЛАЖДЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНОЙ НАПРАЛЯЮЩЕЙ ЛОПАТКЕ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ГТЭ - 150
5.1. Постановка задачи и вычислительные аспекты
5.2. Описание численного алгоритма
5.2.1. Расчет внешней газодинамики 122.
5.2.2. Расчет гидравлики подводящих каналов системы охлаждения
оболочковой лопатки
5.2.3. Расчет теплообмена и теплового состояния лопатки с пористой оболочкой
5.3. Проектирование системы охлаждения для сопловой лопатки с оболочкой из СПО на температуру 1800К
5.4. Методика и результаты прочностных расчетов проницаемой оболочки сопловой лопатки для І-ой ступени ВГТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ I а - минимальный размер отверстий в СПО, м;
В - хорда лопатки, м;
С - максимальная толщина профиля лопатки, м; ср - удельная теплоёмкость, Дж/кг К; с1- диаметр, м;
Е1-площадь, м2;
О - массовый расход, кг/с;
О о -относительный расход охладителя, %;
§ - удельный массовый расход охладителя, кг/с-м2;
/-длина, м;
Ь - высота лопатки, м; п - количество слоев СПО; р - давление, Па;
Q - тепловой поток, Дж;
Ар -перепад давления, Па, МПа; г-радиус, м;
5- шаг отверстий на поверхностях СПО, м; t - температура в градусах Цельсия,1°С;
Т- температура в градусах Кельвина, К; и - скорость, м/с V- объем, м3;
х, у, 2- оси декартовой системы координат;
а - вязкостный коэффициент гидравлического сопротивления, м'2, коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-К;
/3- инерционный коэффициент гидравлического сопротивления, м'1;

Я - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К; коэффициент скорости; //-коэффициент динамической вязкости, Н-с/м2; р - плотность, кг/м3;

Nud = 8.34-10"4-Rej14,
(1-11)

(1.12)
Среднеквадратичное отклонение экспериментальных значений Nud от рассчитанных по зависимости (1.11) составляло 14.2%.
На рис. 1.23 представлены результаты обработки экспериментальных данных МВТУ исследования теплообмена в СПО при использовании для определения чисел Nul и ReL в качестве характерного размера величины L = (3/а. Отчетливо видно расслоение экспериментальных точек, полученных для различных по размерам микроканалов образцов: При этом для образцов с большими dKp. (линия 4), аппроксимирующая линия лежит ниже остальных.
-Ig Nuu
0.4-0.6 ■ 0

-0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Ig ReL
Рис. 1.23. Теплообмен внутри микроканалов СПО:
О- образец 1-1 ;<() - образец 1-2;^- образец 1-3; 0- образец 1-4;
5,6- данные [4].