Удосконалювання систем охолодження лопаток газових турбін на основі застосування рідиннометалевих теплоносіїв - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УДОСКОНАЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ ЛОПАТОК ГАЗОВИХ ТУРБІН НА ОСНОВІ ЗАСТОСУВАННЯ РІДИННОМЕТАЛЕВИХ ТЕПЛОНОСІЇВРобота виконана на кафедрі турбінобудування Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти та науки України Науковий керівник:кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Тарасов Олександр Іванович, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, доцент кафедри турбінобудування Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Переверзєв Дмитро Андрійович, Інститут проблем машинобудування ім.. А.Н. Захист відбудеться 27 січня 2005 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.11 у Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут" за адресою: 61002, м.Оскільки темпи підвищення жароміцності сплавів для газових турбін істотно відстають від росту температур газу, єдиним реальним шляхом підвищення температур газу в найближчому майбутньому залишається застосування охолодження найбільш нагрітих і найбільш навантажених деталей газових турбін, у першу чергу соплових і робочих лопаток. Вітчизняні, а також закордонні організації і фірми накопили великий досвід у розробці методів розрахунку зовнішнього і внутрішнього теплообміну в елементах охолоджуваних турбін, аеродинаміки турбін і охолодних трактів; у створенні методів розрахунку термонапруженого стану охолоджуваних лопаток і в оцінці їхньої міцності; в удосконалюванні конструкцій елементів повітряних конвективних, плівкових, пористих і комбінованих систем охолодження; у розробці нових рідинних систем охолодження. Роль здобувача у виконанні зазначеної науково-дослідної роботи полягала в моделюванні теплового стану багатошарової системи, що складає з оболонки лопатки, зовнішня поверхня якої нагрівається газом, пористого середовища, заповненого рідиннометалевим теплоносієм і внутрішньої охолоджуваної повітрям ізолюючої тонкої стінки; обґрунтуванні можливості застосування пористих вставок з рідиннометалевим теплоносієм для вирівнювання температурного поля оболонки і збільшення ефективності її охолодження. б) моделювання теплового стану багатошарової системи, що складає з оболонки лопатки, зовнішня поверхня якої нагрівається газом, пористого середовища, заповненого рідиннометалевим теплоносієм і внутрішньої охолоджуваної повітрям ізолюючої тонкої стінки; У роботах, написаних і опублікованих в співавторстві, автору належать наступні результати: Проведена оцінка можливості використання в якості охолоджуючого робочого тіла лопатки рідиннометалевий теплоносій, виконано вибір робочої рідини, капілярної структури для використання теплових труб в системах охолодження газових турбін; виконана оцінка величини максимального теплового потоку, що може передати обрана пориста структура, насичена теплоносієм; досліджено процеси кипіння і конденсації в двофазному термосифоні, який є гравітаційною тепловою трубою; розглянуто вплив зміни теплоносія і граничних умов на загальний характер плину рідини в пористому середовищі і на розподіл функцій температури, тиску і вологовмісту; показана можливість використання пористих середовищ з рідиннометалевим теплоносієм в системах охолодження лопаток газових турбін для вирівнювання температурного поля в місцях різкої зміни граничних умов та представлено рішення проблеми теплового стану багатошарової системи в сполученій постановці і приведені результати рішення модельних задач.Усі фізичні властивості багатофазної суміші є наслідком властивостей її складових, тому для побудови рівнянь збереження визначені усереднені властивості суміші: щільність суміші, масова швидкість суміші, кінематична вязкість суміші: , , (1) де s - вологовміст, що показує яка частина обсягу порожнеч зайнята рідиною, u - вектор поверхневої (або Дарсиановської) швидкості, що відноситься до всієї області поперечного перетину як рідкої фази, так і пористого середовища, індекси l і v указують на рідинну або парову фази, відповідно. Рішення системи рівнянь дозволяє одержати розподіл тисків двофазної суміші, і, використовуючи рівняння (6), одержати розподіл масових швидкостей парової і рідкої фаз. Для моделювання температурного стану багатошарової системи були сформульовані умови сполучення і вирішена сполучена задача теплопровідності твердого тіла і пористого середовища, насиченого теплоносієм. Рішення цього рівняння було виконано за допомогою техніки аналогічної приведеної для пористого середовища. У звязку з тим, що не було знайдено докладно описаних експериментів, проведених для дослідження двофазного плину рідиннометалевих теплоносіїв у пористому середовищі, для зіставлення обраний експеримент, проведений Юделлом по дослідженню тепло і масообміну в системі пісок - вода - пар, що обігрівається зверху й охолоджується знизу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ