Моделирование системы комбинированного охлаждения лопаток турбомашин с вихревым энергоразделителем

• Автор: Цынаева, Анна Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Повышение эффективности систем комбинированного охлаждения лопаток турбомашин анализ состояния проблемы

1.1. Способы охлаждения лопаток турбомашин

1.2. Состав математической модели системы комбинированного охлаждения лопатки с вихревым энергоразделителем и проблемы ее замыкания
1.3. Особенности работы вихревого энергоразделителя в составе системы комбинированного охлаждения лопатки
1.4. Вихревые энергоразделители гипотезы о природе эффекта, конструкции устройств, расчетные формулы

1.5. Постановка задачи исследования

2. Экспериментальное исследование температурного разделения газа при небольших перепадах давления

2.1. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента

2.2. Оценка погрешности экспериментальных исследований.

2.2. Анализ достоверности результатов
2.3. Результаты исследования вихревого эффекта для малых перепадов давления
2.4. Обобщение результатов экспериментальных исследований
3. Математическое моделирование системы комбинированного охлаждения лопатки с использованием пакета ТигЬоУогкя
3.1. Моделирование пленочного охлаждения и теплообмена на поверхности корытца и спинки лопатки
3.2. Моделирование теплообмена в охлаждающих каналах
3.3. Моделирование энергетического разделения в малоразмерных вихревых энергоразделителях с малыми перепадами давления охладителя
3.4. Погрешности численного моделирования, сходимость и устойчивость разностной схемы
3.5. Моделирование теплового состояния лопатки и базы данных
4. Результаты расчетного исследования теплового состояния лопатки с системой комбинированного охлаждения и оценка эффективности применения вихревого энергоразделитсля
4.1. Исходные данные для анализа и программа их расчета
4.2. Тепловое состояние лопатки при традиционном комбинированном конвективнопленочном охлаждении
4.3. Тепловое состояние лопатки с системой комбинированного охлаждения и вихревым энергоразделителем
4.4. Анализ результатов численного исследования теплового состояния лопатки турбины
4.5. Рекомендации по проектированию систем комбинированного охлаждения, имеющих в своем составе вихревые энергоразделители
4.6. Эффективность использования вихревых энергоразделителей в системе комбинированного охлаждения лопаток турбомашин
4.7 Предлагаемые проектные решения по системам комбинированного охлаждения лопаток турбин
Заключение и выводы
Приложения
ПЛ. Результаты экспериментальных исследований вихревого энергоразделитсля
Таблица ПЛЛ. Результаты экспериментальных исследований x 6 Таблица ПЛ.2. Результаты экспериментальных исследований л 8 П.2. Свидетельство о регистрации программного продукта
П.2. Акт о внедрении программного продукта
Список литературы


Защищенная патентом 5 разработка автора Установка для Ш. Жуховицким Д. Л. удостоена серебряной медали на Всемирной выставке инноваций в Брюсселе . Втм2 к. Лр коэффициент турбулентного переноса теплоты, Втм К. X текущее значение входного сигнала милливольтметра, мВ. Тдд допустимая температура лопатки, К. Повышение температуры и давления рабочего тела перед турбиной современных и перспективных газотурбинных двигателей ГТД требует совершенствования систем охлаждения лопаток турбины, относящихся к наиболее теплонапряженным элементам конструкции. Однако, при существующем уровне температур перед турбиной до К применение различных методов охлаждения связано не только с повышением доли расхода охлаждающего воздуха, но И с опасностью возникновения достаточно больших температурных напряжений, которые становятся причиной появления пластических деформаций. В этой связи, необходимо осуществлять интенсивный и равномерный отвод тепла от элементов ГТД, подвергающихся тепловым и механическим воздействиям рабочие лопатки первых ступеней. Системы охлаждения элементов ГТД разделяются на замкнутые и открытые 2,3,9,0. Схемы некоторых из замкнутых систем представлены на рис. Рис. В замкнутых системах охлаждения в качестве охладителя используется и воздух, и жидкость. Применение жидкости позволяет повысить теплосъем, а также интенсифицировать отвод тепла за счет использования процессов кипения и конденсации охладителя 5. Рис. Кроме вышеперечисленных преимуществ замкнутые системы имеют недостатки. Основным из них является возможность нарушения герметичности, приводящая к невосполнимой утечке охладителя и выводу ГТД из строя. Кроме того, замкнутые системы нуждаются в устройствах для рассеивания тепла рис. Применение тепловых труб для охлаждения лопаток ГТД рис. Поэтому они не получили широкого распространения. Открытые системы применяют для охлаждения воздух, который сбрасывают в тракт турбины после использования. В связи с чем, нарушение герметичности не приводит к отказу ГТД. Недостатком являются низкая теплоемкость и теплопроводность воздуха, что ведет к снижению эффективности охлаждения по сравнению с жидким охладителем. Поэтому возникает необходимость интенсификации теплосъема. В соответствии с классификацией В. Бергса 7 методы интенсификации теплоотдачи делятся на активные и пассивные. Активные методы подразумевают дополнительные затраты энергии от внешнего источника рис. В работе Искакова . К повысить температуру газа перед турбиной. Однако, при использовании активных способов охлаждения значительно повышаются энергетические затраты на их осуществление. Поэтому, наибольшее распространение в газовых турбинах летательных аппаратов получили пассивные методы интенсификации теплообмена, не требующие затрат энергии от внешнего источника. Рост эффективности охлаждения осуществляется при увеличении охлаждаемой поверхности турбулизации потока охладителя и разрушении ламинарного пограничного слоя на поверхности охлаждающего тракта лопатки Открытые и замкнутые системы могут использовать и пассивные, и активные способы интенсификации теплообмена. Охлаждение лопаток отводом тепла в диск является наиболее простым методом с точки зрения его организации. Отвод тепла осуществляется воздухом, омывающим ротор диск турбины, либо проходящим через зазоры или специальные каналы в замковых соединениях лопаток рис. Рис. Схема охлаждения диска турбины 5 и отвода тепла от лопаток в диск
Температура пера лопатки, в том числе и ее корневой части, снижается вследствие теплопроводности 2,5. Использование данной схемы охлаждения возможно только для ГТД с короткими до . К. Однако, расход охлаждающего воздуха составляет 0,7. Парциальное охлаждение лопаток ГТД основано на попеременном обдуве конструкции лопатки рабочим газом и охлаждающим воздухом. Изза достаточно большого числа оборотов ГТД 2,3 чередование волн горячего рабочего газа и охлаждающего воздуха не сказывается на состоянии материала в глубине конструкции рабочей лопатки. Разновидности исполнения данной схемы охлаждения представлены на рис. Рис.