Эффективные методы интенсификации теплообмена в системах охлаждения лопаточных аппаратов высокотемпературных газовых турбин

• Автор: Ануров, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 368 с. : ил.

1 ОБЗОР, СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
СМЕРЧЕВОГО И ВИХРЕВОГО СПОСОБА ИНТЕНСИФИКАЦИИ
КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА. ИСТОРИЯ ВОПРОСА
1.1 Обзор и анализ результатов исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в ограниченных вихревых трактах (ОВТ)
1.1.1 Геометрические параметры ОВТ. Обзор экспериментальных исследований теплогидравлических характеристик ОВТ
1.1.2 Теплообмен на базовых и боковых поверхностях вихревых трактов из компланарно скрещивающихся каналов
1.1.3 Гидравлическое сопротивление ограниченных вихревых трактов
1.2 Обзор и анализ «смерчевого» способа интенсификации теплообмена в трактах охлаждения лопаток газовых турбин
1.2.1 Геометрические параметры тракта с упорядоченным рельефом из сферических углублений
1.2.2 Физическая модель гидродинамической структуры потока, как с единичными лунками, так и системой сферических углублений
1.2.3 Теплообмен и гидравлическое сопротивление при обтекании поверхности с упорядоченными системами сферических углублений
1.2.4 Результаты опытных исследований теплогидравлических характеристик каналов с упорядоченными системами сферических углублений, полученные различными организациями
1.3 Постановка задачи исследований
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ, УСТАНОВКИ, ОБЪЕКТЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И
ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
2.1 Экспериментальные стенды для исследования теплообмена и
гидравлического сопротивления в элементах системы охлаждения лопаток газовых турбин
2.1.1 Экспериментальный стенд для исследования теплообмена
2.1.2 Экспериментальный стенд для исследования гидравлических сопротивлений
2.1.3 Экспериментальный стенд для исследования структуры потока
методом визуализации

2.2 Объекты испытания
2.2.1 Экспериментальные модели для исследования теплообмена на базовых оболочках «вихревых» трактов
2.2.2 Экспериментальные модели ОВТ для исследования теплообмена на боковых поверхностях
2.2.3 Экспериментальные модели для исследования гидравлических сопротивлений трактов ОВТ
2.2.4 Экспериментальные модели для исследования структуры потока в ОВТ
2.2.5 Экспериментальные модели для исследования теплообмена на обтекаемых поверхностях, сформированных упорядоченными рельефами
из сферических углублений
2.2.6 Экспериментальные модели для исследования гидравлического сопротивления на поверхностях УРСУ
2.3 Методики проведения испытаний, исследований и обработки экспериментальных данных, оценка погрешности испытаний
ф 2.3.1 Методика проведения исследований и обработки экспериментальных
данных по определению теплообмена на базовых оболочках ОВТ
2.3.2 Методика проведения исследования и обработки экспериментальных данных теплообмена на боковых поверхностях ОВТ
2.3.3 Оценка погрешностей определения коэффициентов теплоотдачи, расходов воздуха, критериев Яе и ?4и
2.3.4 Методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных по определению гидравлических сопротивлений «вихревых» трактов
2.3.5 Оценка погрешностей определения коэффициентов сопротивлений и скоростей потока
2.3.6 Методика проведения исследования по изучению структуры потока в ОВТ
2.3.7 Тестовые опыты для исследования теплообмена в ОВТ
2.3.8 Тестовые опыты для исследования гидравлических сопротивлений в

2.3.9 Особенности методики проведения и обработки экспериментальных данных по исследованию теплообмена и гидравлического сопротивления
в каналах с УРСУ
2.3.10 Тестовые опыты для исследования теплообмена на обтекаемых поверхностях, формируемых УРСУ
2.3.11 Тестовые опыты для исследования гидравлического сопротивления на обтекаемых поверхностях, формируемых УРСУ

3 ТЕПЛООБМЕН И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ВИХРЕВЫХ ТРАКТАХ ОХЛАЖДЕНИЯ ИЗ КОМПЛАНАРНО СКРЕЩИВАЮЩИХСЯ КАНАЛОВ
3.1 Модель течения теплоносителя в ОВТ
3.2 Теплообмен на базовых оболочках ОВТ
3.2.1 Влияние геометрических параметров ОВТ на теплообмен
3.2.2 Роль взаимодействия потоков в каналах смежных базовых оболочек
3.2.3 Закономерности теплообмена на базовых оболочках ОВТ
3.3 Теплообмен на поверхности боковых границ ОВТ
3.3.1 Влияние геометрических параметров ОВТ на осреднённый теплообмен
3.3.2 Закономерности осреднённого теплообмена на поверхности боковых границ ОВТ
3.3.3 Локальный теплообмен на поверхности боковых границ ОВТ
3.4 Гидравлическое сопротивление ограниченных «вихревых» трактов
3.4.1 Принятая структура и составляющие потерь давления в трактах ОВТ
3.4.2 Коэффициенты и законы гидравлического трения в каналах “начального» и «основного» участка вихревых трактов ОВТ
3.4.3 Коэффициенты с,т местного гидравлического сопротивления потока у боковых границ ОВТ
3.5 Исследование механизма интенсификации теплообмена и трения в каналах ограниченных по бокам вихревых трактов
3.5.1 Исследование структуры потока
3.5.2 Закономерности теплообмена и гидравлического трения в закрученных потоках
3.5.3 Причины интенсификации теплообмена и трения в каналах ограниченных "вихревых" трактов
3.6 Энергетическая эффективность интенсификации теплообмена в ограниченных вихревых трактах
3.6.1 Интенсификация теплообмена в каналах базовых оболочек «вихревых» трактов
3.6.2 Энергетическая эффективность «вихревого» способа интенсификации теплообмена
Выводы
4 ТЕПЛООБМЕН И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ПЛОСКИХ ЩЕЛЕВЫХ КАНАЛАХ НА ПОВЕРХНОСТЯХ С РЕЛЬЕФАМИ ИЗ СФЕРИЧЕСКИХ УГЛУБЛЕНИЙ

- 4^=3,8; 4^=1,25; Ч/'=3,04; в канале 6 - ХР81=2,6; Т?=1,42; ¥'=1,83. Если эти результаты не обусловлены погрешностями измерения теплообмена (а) и трения (к^ X), то упорядоченные рельефы из сферических углублений на стенках канала следует отнести к разряду уникальных средств интенсификации энергообменных процессов на обтекаемых поверхностях в однофазных потоках.
В двухфазных потоках эффективность рельефов из сферических углублений исследована также в работах ИАЭ им. Курчатова. В [30, 70, 72] приводятся результаты испытаний тех же каналов в условиях кризиса кипения и демонстрируется так же уникальный результат. Показывается, что в одинаковых условиях по величинам не-догрева воды, ее массовой скорости и давления замена гладких трубок в каналах 1 и 6 на такие же, но с рельефами из сферических углублений (£=0,24.. .0,27; Д=0,17), приводит к увеличению критической плотности тепловых потоков в 1,4... 1,6 раза.
В опытах с двухфазными потоками обнаружено так же еще одно неординарное свойство регулярных рельефов из сферических углублений в части абсорбции на ее поверхности различных отложений из потока. Например, образец, помещенный в кипящую воду, циркулирующую относительно ее поверхности с массовой скоростью (р-=2-103 кг/мЧ в течение 200 часов, сохранил чистоту своей поверхности, изменив лишь ее исходно стальной цвет на соломенный. В тех же условиях гладкий образец перегрелся через 80 часов прокачки кипящей воды из-за большого слоя отложений на его поверхности.
Таковы результаты выполненных в ИАЭ им. Курчатова пионерских исследований гидродинамики обтекания и энергообменных процессов на поверхностях, формованных упорядоченными рельефами из сферических углублений.
1.2.4 Результаты опытных исследований теплогидравлических характеристик каналов с упорядоченными системами сферических углублений, полученные различными организациями
Как уже упоминалось выше, за прошедшие десятилетия, детально изложенные результаты пионерских работ ИАЭ им. И.В.Курчатова [30, 70, 71, 72], были сущест-