Исследование эффективности транспирационного охлаждения высокотемпературных газовых турбин

• Автор: Веретельник, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.04.12, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список обозначений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Анализ эффективности систем охлаждения лопаток газовых турбин

1.2. Расчетные методы определения теплового состояния лопаток

1.3. Анализ экспериментальных исследований пленочного охлаждения ГЛАВА 2. ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ПРИ

ТРАНСПИРАЦИОННОМ ОХЛАЖДЕНИИ В СОПРЯЖЕННОЙ ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ

2.1. Физическая модель течения

2.2. Математическая модель течения

2.3. Метод решения сопряженной задачи трения и теплообмена при траиспирационной системе охлаждения
2.4. Тестирование моделей турбулентности и метода решения ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПИРАЦИОННОГО
ОХЛАЖДЕНИЯ СОПЛОВОЙ ЛОПАТКИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
3.1. Постановка задачи и подходы к ее решению
3.2. Расчетная область и граничные условия
3.3. Результаты численного моделирования транспирационного
охлаждения в сопряженной постановке задачи
3.4. Анализ влияния распределения отверстий во входной кромке
3.5. Анализ влияния дискретности выдува на эффективность газовой завесы
3.6. Анализ влияния оптимального выдува на параметры основного потока
3.7. Анализ влияния расхода охладителя на характеристики ГТУ
ВЫВОДЫ
Список литературы


Целью работы является численное моделирование сопряженной задачи трения и тепломассообмена для транспирационной системы охлаждения сопловой лопатки газовой турбины,, разработка методики численного расчета теплового состояния лопаточного аппарата, определения потерь энергии, оптимальных параметров транспирационной системы охлаждения, обеспечивающих повышение КПД высокотемпературных ГТУ. КГТД высокотемпературной ГТУ. Научная новизна работы. Разработана физико-математической модель сопряженной задачи трения и тепломассообмена при транспирационной системе охлаждения сопловой лопатки газовой турбины при учете сжимаемости, неизотермичности, градиентности течения, интенсивности вдува, угла наклона отверстий к поверхности, теплообмена в каналах транспирации и каналах охлаждения. Разработана методика численного расчета сопряженной задачи 'фения и тепломассообмена, позволяющая определить: оптимальное распределение каналов вдува и расходов охладителя по обводу профиля лопатки с фанспирационной системой охлаждения и тепловое состояние сопловой лопатки ГТУ. Показан характер изменения сфуктуры пограничного слоя на стенках лопатки при изменении интенсивности выдува и положения координат точек выдува по обводу профиля. При изменении локальных расходов охладителя по обводу профиля лопатки ? Стантона - 0,2. Аоф - 2x'4. Решение задачи в сопряженной постановке показало существенное влияние распределения перфорации в области входной кромки на тепловое состояние сопловой лопатки. Анализ влияния степени турбулентности основного потока в диапазоне Ти=4-% показал снижение эффективности охлаждения на величину Д0=О,1. Разработанная физическая модель позволяет рассчитывать транспирационные системы охлаждения для различных случаев практического применения. Разработанная математическая модель позволяет учесть: подогрев охладителя во внутренних каналах системы охлаждения лопатки и в каналах транспирации; взаимодействие вдуваемой струи с основным потоком с учетом угла вдува, интенсивности вдува, сжимаемости и неизотермичности основного потока, геометрии канала. Предложенный метод обеспечивает определение оптимального распределения каналов транспирации по обводу профиля и распределение суммарного расхода охладителя с целью получения равномерного температурного поля сопловой лопатки. Анализ влияния параметра ускорения на эффективность охлаждения подтвердил необходимость его учета при расчете транспирационных систем охлаждения. Увеличению параметра ускорения с К = 0 до К = 4 *‘6 соответствует рост температуры стенки на 0. Даны рекомендации по выбору оптимального распределения перфорации в области входной кромки и по обводу профиля лопатки. При1 этом минимальная эффективность охлаждения составила 0т1П = 0,, градиент температуры стенки по обводу профиля не превысил К/мм. Оценка- достоинств применения транспирационной системы охлаждения в высокотемпературных ГТУ на примере ГТУ простого цикла с параметрами Т*Г=К, л*к= и §охл « % показала, что применение транспирационной системы охлаждения в сопловой и рабочей решетках 1— ступени и сопловой- решетке 2— ступени ТВД! КПД установки- на 3,5%. При значениях л’к = в высокотемпературных газотурбинных установках по усовершенствованной схеме с промежуточным охлаждением между компрессорами и промежуточный подогрев- между турбинами, применение- транспирационной системы охлаждения в- сопловой и рабочей решетках 1"и ступени и сопловой решетке 2— ступени ТВД и ТНД сокращает расход воздуха на охлаждение па % и приводит к увеличению КПД установки (Т*г = К, п= ) на 5,6 %. Показано существенное влияние дискретности выдува и взаимного расположения отверстий на эффективность, газовой завесы и преимущество шахматного расположения каналов транспирации по сравнению с параллельным, позволяющее добиться при равенстве суммарного расхода охладителя немонотонности распределения эффективности охлаждения на уровне -% в то время как эта величина при параллельном расположении отверстий составляет -%. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на НУ Международной Научно-Технической Конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, Россия, г.