Elementa Turbinis – Technologia Refrigerandi Turbinem et Paleas

Structura turbinis fluxus axialis

Turbina est machina rotatoria quae enthalpiam fluidi operantis in energiam mechanicam convertit. Est unum ex principalibus componentibus motorum aeroplanorum, turbinum gasearum et turbinum vaporis. Conversio energiae inter turbinem et compressorem et fluxum aeris procedit in directione contraria. Compressor dum operatur energiam mechanicam consumit, et fluxus aeris dum per compressorem transit energiam mechanicam acquirit, atque pressio et enthalpia augentur. Dum turbina operatur, opus axis ab axe turbinis emittitur. Pars huius operis axis ad vincendum frictionem in cuneis et ad movendos apparatus adiunctos utitur, reliqua vero a compressore absorbetur.

Hic solum turbineae axiales tractantur. Turbina in motore turbogasino plerumque ex pluribus stadiis constat, sed stator (annulus dysi vel ductus) ante impellentem rotantem locatur. Canalis laminae turbineae gradus est convergens, et gas alti caloris et altae pressionis e camera combustionis in eo expanditur et accelerat, dum turbina opus mechanicum efficit.

Proprietates transmutationis caloris superficiei externae laminarum turbineae

Coefficiens transmutationis caloris per convectionem inter gas et superficiem laminarum calculatur formula Newtoniana refrigerationis.

Pro superficie pressionis et superficie suctionis, coefficientes transmigrationis calorificae convectivae maximi sunt in margine anteriori laminae. Cum stratum laminare liminale paulatim crassescit, coefficientes transmigrationis calorificae convectivae paulatim decrescunt; in puncto transitionis, coefficientes transmigrationis calorificae convectivae subito augentur; post transitionem ad stratum turbulentum liminale, cum stratum viscosum inferius paulatim crassescit, coefficientes transmigrationis calorificae convectivae paulatim decrescunt. Pro superficie suctionis, separatio fluxus quae in parte posteriori evenire potest, causat levem augmentum coefficientium transmigrationis calorificae convectivae.

Refrigeratio per Impetum

Refrigeratio per impetum est uti uno aut pluribus frigoris aëris iactibus, qui superficiem calidam feriunt, ut in loco impetus fortis convectionis calorificus translatio formetur. Caracteristica refrigerationis per impetum est quod in superficie parietis regionis stagnationis, ubi frigida aëris fluxus impingit, altus coefficientis calorificae translocationis est; ideo haec refrigerandi ratio ad refrigerationem concentratam in superficie applicandam uti potest.

Refrigeratio per impetum in superficie interna marginis anterioris paleae turbinis est refrigeratio per impetum in spatio restricto, et iactus (frigida aëris fluxus) non potest libere cum aëre circumiacente misceri. Sequens tractat refrigerationem per impetum unius foraminis in planum obiectum, quae est basis ad studium impetus fluxus per impetum et translocationis calorificae.

Fluxus unius foraminis verticalis plani impactus in figura supra ostenditur. Planum impactionis sufficiens magnum est et nullam rotationem habet, nec alius fluidus transversalis in superficie praesens est. Cum distantia inter effusorium et superficiem impactionis non valde parva est, sectio egressus iactus ut iactus liber considerari potest, scilicet sectio centralis ( ⅰ ) et sectio basalis ( ⅱ ) in figura. Cum iactus ad superficiem impactionis accedit, linea limitans externa iactus a linea recta ad curvam mutare incipit, et iactus in zonam flexionis ( ⅲ ) ingreditur, quae etiam zona stagnationis appellatur. In zona stagnationis iactus transitionem a fluxu perpendiculari ad superficiem impactionis ad fluxum parallelum superficiei impactionis perficit. Postquam iactus flexionem 90 ° versum, intrat zonam iactūs parietālis (IV) sectionis sequentis. In zona iactūs parietālis, fluidum fluit parallelē ad superficiem destinatam, et eius līmes externus manet līnea recta. Prope parietem est lamināris strātum limitāris extremitate tenuis. Iactus aerem frīgidum magnae quantitātis ferit, et celeritās adveniēns valdē alta est. Turbulentia quoque in zona stagnātiōnis valdē magna est; igitur coefficiēns trānsfērēns calōrem per refrīgerātiōnem per impactum valdē altus est.

Refrigeratio per convectionem

(1) Canālis refrīgerātiōnis directae rādiālis intra palam

Aer refrīgerāns fluit directē per cavitātem internam vānī dūcendī in directiōne rādiālī, calōrem absorbēns per trānsfērēntiam convectīvam ut temperātūram corporis palae minuat. Tamen, sub conditiōne voluminis certī aeris refrīgerāntis, coefficiēns trānsfērēns calōrem per convectiōnem huius modī est parvus et effectus refrīgerātiōnis est limitātus.

(2) Plūrēs canālēs refrīgerātiōnis intra palam (designatio multī-cavitātis)

Designatio multorum cavitatum non solum coefficientem transferentiae calorificae per convectionem inter aerem frigidum et superficiem interiorem paleae turbinis auget, sed etiam totam aream intermutationis calorificae auget, tempus fluxus interni et intermutationis calorificae prolongat, atque altam rationem utilisationis aeris frigidi habet. Effectus refrigerationis meliorari potest per rationabilem distributionem fluxus aeris frigidi. Scilicet designatio multorum cavitatum etiam incommoda habet. Propter longam distantiam circulationis aeris refrigerantis, parvam aream circulationis, et multiplices flexus fluxus aeris, resistentia fluxus augescit. Haec structura complexa etiam difficultatem processus fabricandi augent et pretium elevat.

（3）Structura costarum convectivam transferentiam calorificae et refrigerationem columnarum obstructorum adiuvat.

Quisque costa in structura costarum agit ut elementum perturbans fluxum, causans fluidum ut a strato limite separetur et vortices formet variis viribus et magnitudinibus. Hi vortices mutationem inducunt in structura fluxus fluidi, et processus transmutationis caloris per incrementum turbulentiæ fluidi in regione proxima parieti et per intermutationem periodicam massæ inter vortices magnos et fluxum principalem notabiliter augentur.

Refrigeratio columnarum deflectorum est dispositio plurium ordinum costarum cylindricarum ita dispositarum intra canalem refrigerationis internam. Hae costae cylindricæ non solum superficiem intermutationis caloris augent, sed etiam mixtionem mutuam aeris frigidi in diversis regionibus propter perturbationem fluxus augent, quod effectum transmutationis caloris notabiliter accrescit.

Refrigeratio pellicularis

Refrigeratio per pelliculam aeris est expulsio aeris frigidi e foraminibus aut interstitiis in superficie calida, ut pellicula aeris frigidi super superficiem calidam formetur, quae calefactionem parietis solidi a gas calido impedit. Quoniam pellicula aeris frigidi contactum inter fluxum principalem aeris et superficiem operantis prohibet, hoc refrigerationis genus scopum isolatio thermicae et praeventio corrosionis consequitur; ideo quaedam scripta hanc methodum refrigerationis etiam refrigerationem barrierae appellant.

Ostia refrigerationis per pelliculam solent esse foramina rotunda aut series foraminum rotundorum, interdum vero in fendas bidimensionales effinguntur. In structuris refrigerationis realibus saepius angulus certus inter ostium et superficiem refrigerandam existit.

Magnus numerus studiorum de foraminibus cylindricis in annis 1990 demonstravit quod ratio effluentis (ratio inter fluxum densum iactus et fluxum principalem) effectum refrigerationis pellicularis adiabaticae unius ordinis foraminum cylindricorum magnopere afficiet. Postquam iactus aeris frigidi in regionem gasis altiorem temperaturam habentis fluxus principalis ingreditur, par vorticum rotantium in contrarias partes formatur, quod etiam vorticis reniformis par appellatur. Cum aer effluens relativus altus est, praeter vortices directos, effluxus etiam vortices contrarotantes generat. Hic vortices inversus gasum altioris temperaturae in fluxu principali involvit et ad posticam marginem canalis paleae perducit, unde effectus refrigerationis pellicularis minuitur.