Компьютерное моделирование теплообмена в охлаждаемых лопатках газовых турбин

• Автор: Вохмянин, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 252 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕПЛООБМЕНА В ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТКАХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
1.1. Теплообмен в охлаждаемых лопатках газовых турбин
как объект компьютерного моделирования
1.2. Информационное моделирование экспериментальных исследований
1.3. Теплообмен между газом и профильной частью лопаток
1.4. Расчет параметров охладителя в системах охлаждения
лопаток газовых турбин
1.5. Моделирование температурного состояния охлаждаемых лопаток газовых турбин
1.6. Формулировка цели и постановка задач
диссертационной работы
ГЛАВА 2. ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБТЕКАНИЯ И ТЕПЛООТДАЧИ К ПРОФИЛЯМ ЛОПАТОК, РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ
ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
2.1. Предметная область БД “LAMBDA”
2.2. Предметная область БД “ALFA”
2.3. Предметная область БД “GIDRA-TERM”
2.4. Выбор системы управления базами данных
2.5. Компьютерная реализация баз данных.
Автоматизированные банки данных для разработки математических моделей теплообмена в охлаждаемых лопатках газовых турбин
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ГАЗОМ И ПРОФИЛЬНОЙ ЧАСТЬЮ
ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
3.1. Определение границ участков с различными режимами
течения потока в пограничном слое

3.1.1. Определение координаты начала перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
3.1.2. Определение координаты конца перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
3.1.3. Определение протяженности участков с отрывом пограничного слоя
3.2. Расчет коэффициентов теплоотдачи на участках профилей с различными режимами течения потока в пограничном слое
3.3. Учет влияния температурного фактора и продольной неизотермичности поверхности профильной части
лопатки на локальный теплообмен
3.4. Расчет теплоотдачи при вдуве охладителя в
пограничный слой на поверхности лопатки
3.5. Программа АЬБА для моделирования теплообмена между газом и профильной частью лопаток газовых
турбин
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОХЛАДИТЕЛЯ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК
ГАЗОВЫХ ТУРБИН
4.1. Методика и численная реализация расчета параметров охладителя
4.2. Расчет коэффициентов гидравлического сопротивления
в элементах систем охлаждения
4.3. Расчет коэффициентов теплоотдачи в элементах систем охлаждения
4.4. Компьютерная программа СГОКА по расчету
параметров охладителя
4.4.1. Особенности программы СГОКА
4.4.2. Расширение и модификация пользователем библиотеки подпрограмм по расчету значений коэффициентов гидравлического сопротивления и теплоотдачи для
различных типов каналов
4.5. Сопоставление расчетных и экспериментальных расходных характеристик систем охлаждения лопаток
газовых турбин

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ
ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
5.1. Использование метода конечных элементов для моделирования температурного состояния охлаждаемых лопаток
5.2. Учет теплоотвода в каналах для выдува охладителя на поверхность лопаток с конвективно-пленочным охлаждением при моделировании их температурного
состояния в двумерной постановке
5.3. Учет термобарьерных покрытий при моделировании температурного состояния охлаждаемых лопаток
газовых турбин
5.4. Расчет напряженного состояния охлаждаемых лопаток .. 185 ГЛАВА 6. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС COLD ДЛЯ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА В
ПРОФИЛЬНЫХ ЧАСТЯХ ОХЛАЖДАЕМЫХ
ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
6.1. Общее описание комплекса COLD
6.2. Программный модуль UPI
6.3. Автоматизированный банк данных PROFIL
6.4. Автоматизированный банк данных METALL
6.5. Моделирование теплообмена в профильных частях охлаждаемых лопаток в квазитрехмерной постановке
6.6. Управление температурным состоянием охлаждаемых
лопаток с помощью термобарьерных покрытий
6.7. Повышение эффективности конвективно-пленочного охлаждения лопаток с термобарьерным покрытием
6.8. Сопоставление результатов работы комплекса COLD
с экспериментальными данными
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

При проведении экспериментальных исследований обтекания турбинных решеток равномерные поля скоростей, углов натекания, степени турбулентности потока перед испытуемым пакетом лопаток достигались применением хорошо организованной системы воздухоподготовки, а именно: установкой смесителя, турбулизатора, трубчатого успокоителя и конфузора Витошинского. Стенд был оснащен тщательно разработанной системой измерений параметров потока.
В рабочем участке стенда размещались исследуемые лопатки, образующие плоскую решетку профилей. Количество лопаток в решетке, как показано в табл.2.3, в различных исследованиях варьировалось от 5 (лопатка № 1) до 12 (лопатка № 7) . Крайние лопатки образовывали боковые стенки межлопаточ-ного канала. Две средних лопатки пакета являлись испытуемыми.
Распределение статического давления потока на поверхности лопатки измерялось с помощью ряда дренажных отверстий диаметром 0.4 мм, выполненных в среднем сечении на выпуклой стороне одной лопатки и вогнутой стороне другой лопатки так, что дренированные поверхности образовывали один межлопаточный канал, находящийся в середине экспериментального пакета. Дренажные трубки соединялись с водяными или ртутными дифференциальными манометрами. Результаты измерений статических давлений потока вдоль обводов исследованных профилей представлены в виде распределений коэффициентов давлений Ср [28,103].
Для фиксации режима обтекания решетки профилей полное давление, замеренное в ресивере, сопоставлялось с данными траверсирования трубкой полного напора во входном измерительном сечении на длине двух-трех шагов с общим числом точек измерения 36-45. Входное измерительное сечение находилось на расстоянии одного шага от фронта решетки. Также путем траверсирования потока на выходе определялось статическое давление потока на выходе. Выходное измерительное сечение отстояло от линии выходных кромок на расстоянии горла межло-паточного канала. Подобная система измерений позволяла не только получать осредненные, более точные параметры, но и контролировать неравномерность скоростей и углов потока на входе в решетку. Температура торможения измерялась в ресивере с помощью термометра. Все датчики давления соединялись с водяными или ртутными дифманометрами.