Основе турбина - Технологија хлађења турбина и лопате

Структура турбина са осијским протоком

Турбина је ротациона мощност машина која претвара енталпију радне течности у механичку енергију. То је једна од главних компоненти авиона, гасних турбина и парних турбина. Конверзија енергије између турбина и компресора и проток ваздуха је супротна у поступку. Компресор троши механичку енергију када ради, а проток ваздуха добија механичку енергију када пролази кроз компресор, а притисак и енталпија се повећавају. Када турбина ради, рад вала се изводи из вала турбине. Део радног вала се користи за превазилажење тријања на лежајима и покретање додатака, а остатак апсорбује компресор.

Овде се разматрају само турбине са аксијским протоком. Турбина у мотору са гасном турбином обично се састоји од више фаза, али се статор (прстен за млазнице или водич) налази испред ротирајућег ротатора. Канал лопате стадијума елемената турбине је конвергентан, а гас високе температуре и високог притиска из коморе за сагоревање се шири и убрзава у њему, док турбина изводи механички рад.

Карактеристике преноса топлоте на спољној површини лопате турбине

Коефицијент конвективног преноса топлоте између гаса и површине лопате израчунава се помоћу Њутнове формула за хлађење.

За површину притиска и површину за сисање, коефицијент конвективног преноса топлоте је највећи на предњој ивици лопата. Како ламинарни гранични слој постепено дебели, коефицијент конвективног преноса топлоте постепено опада; у прелазној тачки, коефицијент конвективног преноса топлоте изненада се повећава; након преласка на турбулентни гранични слој, како се виско За површину за сисање, сепарација струја која се може десити у задњем делу узрокује да се коефицијент конвективног преноса топлоте благо повећа.

Шок хлађење

Импингмент хлађење је коришћење једног или више млаза хладног ваздуха да упадне на врућу површину, формирајући снажан конвекциони пренос топлоте у подручју удара. Характеристика импирентног хлађења је да на површини зида стагнације на којој утиче проток хладног ваздуха постоји висок коефицијент преноса топлоте, тако да се ова метода хлађења може користити за примену фокусиране хлађења на површину.

Охлађење упадањем унутрашње површине предње стране лопате турбине је ограничено хлађење упадањем простора, а млаз (проток хладног ваздуха) се не може слободно мешати са околним ваздухом. Следеће представља хлађење ударом на једноочисту плоску мета, која је основа за проучавање утицаја проток удара и преноса топлоте.

Проток једне рупе вертикалне ударне равнице је приказано на слици изнад. Циљни авион је довољно велики и нема ротацију, а на површини нема друге течности са крстоним проток. Када је удаљеност између млазнице и мета површине није веома близу, део излаза струје може се сматрати слободним струјем, односно део језгра ( ја сам ) и основни део ( iI. ) на слици. Када се млаз приближи циљној површини, спољна граница млаза почиње да се мења са праве линије на криву, а млаз улази у зону окретања ( iII ), такође назван зоном стагнације. У зони стагнације, млаз завршава прелаз са проток перпендикуларног на циљну површину на проток паралелан на циљну површину. Након што авион заврши 90 ° окрета, он улази у зону зида (IV) следећег одељења. У зони струја са зидом, течност тече паралелно са циљном површином, а њена спољна граница остаје права линија. У близини зида налази се изузетно танки ламинарни гранични слој. Авион носи велику количину хладног ваздуха, а брзина доласка је веома висока. Турбуленција у зони стагнације је такође веома велика, тако да је коефицијент преноса топлоте ударног хлађења веома висок.

Конвекционо хлађење

(1)Радијални директен канал хлађења унутар лопате

Хладни ваздух тече директно кроз унутрашњу шупљину водичке лопате у радијалном правцу, апсорбујући топлоту конвекционим преносом топлоте како би се смањила температура тела лопате. Међутим, под услогом одређеног запремине хладног ваздуха, коефицијент преноса топлоте конвекцијом ове методе је низак и ефекат хлађења је ограничен.

(2) Многе канале хлађења унутар лопате (проектирање више куповина)

Дизајн више шупљина не само да повећава коефицијент конвективног преноса топлоте између хладног ваздуха и унутрашње површине лопате турбине, већ и повећава укупну површину размене топлоте, повећава унутрашњи проток и време размене топлоте и има високу стопу Ефекат хлађења се може побољшати разумном дистрибуцијом проток хладног ваздуха. Наравно, дизајн са више шупљина има и недостатке. Због дуге удаљености циркулације хладног ваздуха, мале области циркулације и вишеструких окретања ваздушног тока, отпор протока ће се повећати. Ова сложена структура такође повећава тешкоће обраде процеса и чини да су трошкови виши.

（3）Структура ребра побољшава конвективни пренос топлоте и хлађење спојлер колоне

Свако ребро у структури ребра делује као елемент који нарушава проток, узрокујући да се течност одвоји од граничног слоја и формира вихреве различитих снага и величина. Ови вртови мењају структуру протока течности, а процес преноса топлоте се значајно побољшава повећањем турбуленције течности у близини зида и периодичном размене масе између великих вртова и главног тока.

Охлађивање спојлер колоне је да има више редова цилиндричних ребра распоређених на одређени начин унутар унутрашњег канала за хлађење. Ови цилиндрични ребра не само да повећавају површину размене топлоте, већ и повећавају међусобно мешање хладног ваздуха у различитим подручјима због поремећаја струја, што може Знатно повећати ефекат преноса топлоте.

Охлађивање филмом

Хлађење ваздушним филмом је да се хладни ваздух издуха из рупа или празнина на врућој површини и формира слој хладног ваздушног филма на врућој површини како би се блокирало грејање чврстог зида од стране врућег гаса. Пошто филм хладног ваздуха блокира контакт између главног проток ваздуха и радне површине, постиже сврху топлотној изолације и спречавања корозије, па неки књижевници такође називају ову методу хлађења баријерним хлађењем.

Насушке за хлађење филмова су обично округле рупе или редове округлих рупа, а понекад су направљене у дводимензионалне слотове. У стварним конструкцијама за хлађење обично постоји одређени угао између млазнице и површине која се хлади.

Велики број студија о цилиндричним рупама у 1990-им показао је да ће однос душења (однос густог протока млазнице према главном току) значајно утицати на адјабатички ефекат хлађења филмова једног реда цилиндричних рупа. Након што хладни ваздушни млаз уђе у главно гасово подручје високе температуре, формираће пар вртогла који се окрећу напред и назад, такође познатих као вртоглави пар у облику бубрега. Када је ваздух који дује релативно висок, поред напредних вихрова, одток ће такође формирати и противротирајуће вихре. Овај обрнути вртеж ће заробљавати високотемпературни гас у главном току и довести га до задње ивице пролаза лопате, чиме се смањује ефекат хлађења филма.