Studium de mechanismis quibus pellicula barriera thermica effectum refrigerationis lamellarum turbinis in certo genere turbinis gasiferae influat

Ut effectus isolatio thermica et lex distributionis temperaturae in strato protegente contra calorem in laminis turbinis obtinerentur, quaedam lamina mobilis turbinis a gaso ad altam pressionem, cum structura interna refrigerationis, ut modello basico adhibita est. Effectus refrigerationis in lamina mobili turbinis ad altam pressionem, cum strato protegente contra calorem vel sine eo, per methodum coniunctionis gaso-thermicae numerice calculatus est, et influentia strati protegentis contra calorem in transfusione caloris laminarum per mutationem crassitudinis strati protegentis contra calorem investigata est. Studium invenit quod, post applicationem strati protegentis contra calorem, temperatura laminarum notabiliter decideret; quanto propior erat ad oram anteriorem, tanto maior erat decrementum temperaturae, et decrementum temperaturae in parte pressionis maius erat quam in parte suctionis; stratum protegens contra calorem crassitudinis 0,05–0,2 mm temperaturam mediam superficiei metallicae laminarum minuere potest 21–49 ℃; dum crassitudo strati augescit, distributio temperaturae intra metallum laminarum uniformior fieret.

In adinventione turbinum gazorum, ut potentia et efficacia thermalis motoris augerentur, temperatus aditus turbinis etiam crescit. Paleae turbinis subiectae sunt impetu gas calidi. Cum temperatus aditus turbinis continuo crescat, refrigeratio aerea sola iam non sufficit ad postulata. Tegmina thermalia barrierae, ut efficiens ratio ad materiae resistentiam ad altas temperaturas et resistentiam ad corrosionem augendam, in usum veniunt crebrius.

Coatingae thermicae barrierae in superficie laminae generaliter adhaerent per pulverizationem flammae plasmae aut depositionem fasciculi electronici. Habent proprietates alti puncti fusionis et resistentiae ad ictum thermicum, quae possunt meliorare vim laminae turbinis ad resistendum oxidationi et corrosioni thermali, minuere temperaturam laminae, et vitam operativam laminae prolongare. Alizadeh et al. studuerunt effectum isolativum thermicum coatingarum thermalium barrierae crassitudinis 0,2 mm per simulationem numericam accoplationis caloris gaseae. Resultata ostenderunt temperaturam maximam laminae esse minutam 19 K et temperaturam mediam 34 K. Prapamonthon et al. studuerunt effectum intensitatis turbulenti ae in efficaciam refrigerationis laminae cum coatinga thermica barrierae. Resultata ostenderunt coatingas thermicas barrierae posse augere efficaciam refrigerationis comprehensivam superficiei laminae 16% ad 20% et 8% in margine postico laminae. Zhu Jian et al. constituerunt modellem unidimensionalem statio-narium pro laminis recinctis ex perspectiva thermodynamica, et effectum isolativum thermicum coatingarum thermalium barrierae theorematice analysaverunt et calculaverunt. Shi Li et al. fecerunt studium numericum de C3X cum coatingis thermalibus barrierae. Stratum ceramicum crassitudinis 0,3 mm potest temperaturam superficiei laminae minuere 72,6 K et efficaciam refrigerationis comprehensivam augere 6,5%. Coatinga thermica barrierae nullum habet effectum in distributione efficaciae refrigerationis superficiei laminae. Zhou Hongru et al. fecerunt studium numericum de margine antico laminae turbinis cum coatingis thermalibus barrierae. Resultata ostenderunt coatingas thermicas barrierae non solum temperaturam operationis laminae metallicae et gradientem temperaturae intra laminam minuere, sed etiam ictum thermicum locorum calidorum aditus in certum modum resistere. Yang Xiaoguang et al. calculaverunt distributionem campi temperaturae bidimensionalem et tensionem vanarum directivarum cum coatingis thermalibus barrierae, dantes coefficientes transmutationis caloris superficierum internarum et externarum laminae. Wang Liping et al. fecerunt analysin tridimensionalem accoplationis gas-thermicae in vanis directivis turbinis cum structuris refrigerationis compositis, et effectus crassitudinis coatingae et radiationis gas in campum temperaturae coatingae studuerunt. Liu Jianhua et al. analysaverunt effectum isolativum thermicum coatingarum thermalium barrierae pro laminis refrigerationis Mark II cum coatingis thermalibus barrierae multistratificatis, interne coefficientem transmutationis caloris et externe accoplationem gas-thermicam constituendo.

1. Methodus calculi

1.1 Modello computatorium

Coating barrierae thermalis inter gas ad altam temperaturam et superficiem substrati metallici laminae situm est, et ex strato metallico adhaerente et strato ceramico insulatorio thermali componitur. Structura eius fundamentalis in Figura 1 ostenditur. Cum modello calculi construendum est, stratum adhaerens, quod altiorem conductibilitatem thermalem habet, in structura coating barrierae thermalis praetermittitur; solum stratum ceramicum insulatorium, quod inferiorem conductibilitatem thermalem habet, retinetur.

Figura 2 ostendit modellum laminæ post applicationem strati thermici barrierae. Lamina structuram rotativam refrigerationis multicanalem continet, cum duobus foraminibus refrigerationis per pelliculam exhaustivis in margine anteriori, structura fissurae mediae in margine posteriori, et structura sulci in forma litterae H in apice laminæ. Stratum thermicum barrierae solum in corpore laminæ et in superficie inferioris laminæ placae spargitur. Quoniam temperatus infra radicem laminæ est parva et non est focus investigationis, ut numerus gradiatorum computatoriorum minuatur, pars infra radicem in constitutione modello computatorio negligitur, et modello domini computatorii, quod in Figura 3 ostenditur, construitur.

1.2 Methodus calculi numerici

Geometria interna paleae turbineae refrigeratae est relativē complexa, et difficilis est ad usum griddorum structurātōrum. Usum griddōrum non structurātōrum significātīvē augēt quantitātem calculī. Ad hunc finem, huius articulī auctōrēs generātōrem griddōrum polyhedralium ad utendum in paleā et in dominio gāsēō utuntur. Divisiō griddī, modello griddī in Figūrā 4 ostenditur.

In modellō calculī, crassitūdō cōtis barriēris thermicīs est perparva, minor quam 1/10 crassitūdinis parietis paleae. Ob hanc causam, huius articulī auctōrēs generātōrem griddōrum tenuium ad dividendum cōtam barriēris thermicīs in trēs strātōs griddōrum prismaticōrum polygonālium utuntur. Numerus strātōrum griddōrum tenuium verificātus est ut sit indēpendēns, et numerus strātōrum griddōrum tenuium fere nullum effectum habet in campō temperātūrae paleae.

Dominium fluidum modello Realizable K-Epsilon Duarum Stratigrafiarum in aequationibus Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) pro turbulentiis utitur. Hoc modello maior flexibilitas ad elaborationem reticuli totius parietis y+ praebetur. Non solum reticula subtilia (id est, typi numeri Reynolds exigui aut reticula y+ exigui) optime tractare potest, sed etiam reticula intermedia (id est, 1 < y+ < 30) accuratissime tractare potest, quae stabilitatem, impensam computatoriam et praecisionem efficaciter aequilibrat.

1.3 Conditio limitum

Inlet gas est constitutus ut inlet pressionis totalis stagnationis; inlet aeris refrigerantis est inlet fluxus massae; et outlet est constitutus ut outlet pressionis staticae. Superficies coating in canaliculo gas est constituta ut superficies coniunctionis fluidi et solidi; coating et superficies metalli paleae sunt constitutae ut interfacies solida; et utraque latera canaliculi sunt constituta ut periodus rotationis. Tam gas frigidum quam gas sunt gases ideales, et calorificum specificum gas et conductibilitas termica sunt constituta ut utantur formula Sutherland. Conditio limitis calculationis correspondens est: pressio totalis inlet principalis canaliculi gas est 2,5 MPa; distributio temperaturae inlet cum gradiente radiali temperaturae ostenditur in Figura 5; fluxus inlet gas frigidi in canaliculo frigido in palea est 45 g/s; temperatura totalis est 540 ℃; et pressio outlet est 0,9 MPa. Materialis paleae est alligatum nikel-basatum cristallinum singulare ad altas temperaturas, et conductibilitas termica materialis variat secundum temperaturam. Quoad materiales iam existentes, coating barrierae thermicae generaliter utuntur stabilibus materiis oxidis zirconii et yttrii (YSZ) vel oxidis zirconii (ZrO₂), quarum conductibilitas termica vix variat secundum temperaturam; ideo conductibilitas termica in calculo est constituta ad 1,03 W/(m·K).

2 Analysis rerum calculatarum

2.1 Temperatura superficiei laminarum

Figurae 6 et 7 ostendunt distributionem temperaturae superficiei laminæ non coopertæ et distributionem temperaturae superficiei metallicæ laminæ ad diversas crassitudines strati, respective. Videre potestur quod, dum crassitudo strati continuo augescit, temperatura superficiei metallicæ laminæ paulatim minuitur; praeterea, lex distributionis temperaturae superficiei metallicæ laminæ ad diversas crassitudines fere eadem est: temperatura in media parte superficiei pressionis inferior est, at temperatura in apice laminæ superior. Apex laminæ solitus est pars difficillima totius laminæ ad refrigerandam, et costae sulcatæ in apice laminæ vix directe refrigerari possunt ab aere frigido. In modello calculi, stratum tantum superficiem corporis laminæ cooperit, at apex laminæ non est strato coopertus. Nullum ergo effectum barrierae habet in calorem ex parte gasi apicis laminæ; propterea regio altae temperaturae in apice laminæ semper manet.

Figura 8 ostendit curvam temperaturae medii superficiei metallicae laminae variantis cum crassitudine. Apparet temperaturam mediam superficiei metallicae laminae decrescere cum crassitudine tegimenti augescat. Hoc fit quia conductibilitas thermica tegimenti barrierae thermalis parva est, quae resistentiam thermicam inter gas calidum et laminam metallicam auget, ita ut temperatura superficiei metallicae laminae efficaciter minuatur. Cum crassitudo tegimenti 0,05 mm sit, temperatura media corporis laminae decrescit 21 °C; deinde, cum crassitudo tegimenti barrierae thermalis augescat, temperatura superficiei laminae ulterius decrescit; cum crassitudo tegimenti 0,20 mm sit, temperatura media corporis laminae decrescit 49 °C. Haec fere congruit cum effectu isolativi thermalis a Zhang Zhiqiang et aliis per experimentum frigoris mensurato.

Figura 9 est curva quae variationem temperaturae superficiei sectionis paleae secundum longitudinem chordae axialem ostendit. Ut ex Figura 9 apparet, sub diversis crassitudinibus stratorum thermalium barrierae, tendentia variationis temperaturae secundum longitudinem chordae axialem fere eadem est, et temperatura superficiei succensionis multo maior est quam temperatura superficiei pressionis. Secundum directionem longitudinis chordae axialis, temperatura superficiei pressionis et superficiei succensionis primo decrescit, deinde crescit; in regione bordi postici certa fluctuatio observatur, quae a forma structurale refrigerationis per pulverizationem fissurarum dividentium in medio bordi postici causatur. Simul, temperatura paleae cum strato thermali barrierae obductae notabiliter decrescit, et decrementum temperaturae in superficie succensionis multo magnum est quam in superficie pressionis. Decrementum temperaturae gradatim minuitur a bordo anterius ad bordum posterius, et quanto propior est bordo anterius paleae, tanto maius est decrementum temperaturae.

Uniformitas temperaturae metalli laminae affectat gradum tensionis thermalis laminae; ideo huiusmodi tractatus utitur indice uniformitatis temperaturae ad mensurandam uniformitatem temperaturae laminae solidae. Index uniformitatis temperaturae:

Ubi: c est volumen cuiuslibet unitatis, T- est media volumetrica temperaturae T, Tc est valor temperaturae in unitate reticuli, et Vc est volumen unitatis reticuli. Si campus volumetricus temperaturae uniformiter distribuitur, index uniformitatis volumetricae est 1. Ut ex Figura 10 apparet, post applicationem strati barrierae thermalis, uniformitas temperaturae laminae notabiliter melioratur. Cum spissitudo strati sit 0,2 mm, index uniformitatis temperaturae laminae augetur de 0,4%.

2.2 Temperatura superficiei strati

Mutatio temperaturae superficiei strati ostenditur in Figura 11. Ut ex Figura 11 apparet, dum crassitudo strati augescit, temperatura superficialis strati barrierae thermicae continuo crescit, quod est praecise contrarium tendentiae mutationis medii temperaturae superficiei laminae. Dum resistentia thermalis in directione crassitudinis strati augetur, differentia temperaturae inter superficiem strati et superficiem laminae paulatim crescit, et calor in superficie accumulatus diffundere ad laminam metallicam difficilius fit. Cum crassitudo strati sit 0,20 mm, differentia temperaturae inter interiora et exteriora strati ad 86 °C pervenit.

2.3 Temperatura transversalis sectionis laminae

Figura 12 ostendit distributionem temperaturae apud margines anteriores et posteriores lamellarum cum et sine stratis barrierae thermalis. Postquam superficies stratum barrierae thermalis accepit, temperatura transversalis lamellae notabiliter minuitur, et gradientes temperaturae leniuntur. Hoc fit quia, post applicationem strati barrierae thermalis, densitas fluxus calorici in strato diminuitur. Simul, quoniam materia strati barrierae thermalis paucam conductibilitatem thermicam habet, mutationes temperaturae intra solidum strati barrierae thermalis valde magnae sunt.

Nos Contace

Gratias agimus pro vestro in nostram societatem interesse! Ut societas professionalis fabricans partes turbinum gaseorum, nos ad innovationem technologicam et meliorationem servitii perseverabimus, ut solutiones altioris qualitatis plures praebere possimus clientibus per orbem terrarum. Si quaestiones, consilia aut intentiones de cooperatione habetis, libenter vobis subveniemus. Nos ita contacteritis:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mail: [email protected]