Влияние геометрических параметров профиля лопатки на эффективность пленочного охлаждения лопаток газовых турбин
Сформированы и внедрены в методику проектирования сопловых лопаток рекомендации по использованию и оптимизации формы профилированных отверстий перфорации на спинке сопловых лопаток турбин высокого давлениясоздан полный пакет конструкторской, технологической и эксплуатационной документации, изготовлена и апробирована установка для продувки лопаток, позволяющая проводить исследование течения… Читать ещё >
Содержание
- 1. Введение
- 2. Анализ состояния исследований по теме диссертации
- 2. 1. Методы и результаты исследования пленочного охлаждения сопловых лопаток турбин
- 2. 2. Анализ существующего опыта исследования и применения профилированных отверстий перфорации в турбинных лопатках
- 2. 3. Выводы по главе. Задачи исследования
- 3. Анализ влияния кривизны поверхности профиля спинки лопатки на эффективность ее пленочного охлаждения
- 3. 1. Математическая модель
- 3. 2. Геометрические параметры расчетной области, сеточной модели и граничные условия
- 3. 3. Результаты численного анализа
- 3. 4. Идентификация полученной методики
- 3. 5. Выводы по главе
- 4. Анализ влияния формы отверстий перфорации на эффективность пленочного охлаждения лопаток газовых турбин
- 4. 1. Исследование применимости профилированных отверстий перфорации и подбор оптимальной формы профиля на плоских пластинах
- 4. 1. 1. Экспериментальная верификация расчетной методики
- 4. 1. 2. Геометрические параметры расчетной области
- 4. 1. 3. Граничные условия и параметры сеточной модели
- 4. 1. 4. Результаты численного анализа
- 4. 1. 5. Промежуточные
- 4. 1. Исследование применимости профилированных отверстий перфорации и подбор оптимальной формы профиля на плоских пластинах
4.2. Исследование влияния формы профилированных отверстий перфорации на эффективность пленочного охлаждения спинок сопловых лопаток газовых турбин на базе сопловых лопаток первой ступени турбины высокого давления
4.3. Выводы по главе
5. Экспериментальное исследование течения охлаждающего воздуха во внутренних полостях рабочей лопатки с целью верификации расчетных моделей
5.1. Постановка задачи эксперимента
5.2. Конструкция экспериментальной установки
5.3. Результаты эксперимента
5.4. Математическая модель, используемая пакетом Gidra. Исследование влияния геометрических отклонений, возникающих при изготовлении лопатки, на результаты эксперимента
5.5. Геометрические параметры расчетной области. Граничные условия и параметры сеточной модели.
5.6. Результаты численного анализа и сравнение их с результатами эксперимента
5.7. Выводы по главе
Список литературы
- Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975 г. 559 с.
- Иванов В.Л. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1984 г. -384 с.
- Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М: Энергоатомиздат, 1990 г. 368 с.
- Грязнов Н.Д., Епифанов В. М., Иванов B.JL, Манушин Э. А. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок. М: Машиностроение, 1985 г. — 360 с.
- Авдуевский B.C., Галицейский Б. М. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. М: Машиностроение, 1992 г. 521 с.
- Цветков Ф.Ф., Григорьев Б. А. Тепломассобмен. М: МЭИ, 2005 г. 549 с.
- Августинович В.Г. Численное моделирование нестационарных явлений в ГТД. Москва, Машиностроение, 2005. 535 с.
- Mayle R.E. The Turbulence That Matters. Proceedings of ASME Turbo Expo 2002, June 3−6, 2002, Amsterdam, The Netherlands.
- Baldauf S., Scheurlen M., Schulz A., Wittig S. Correlation of film cooling effectiveness from thermographic measurements at engine like conditions. Proceedings of ASME Turbo Expo 2002, June 3−6, 2002, Amsterdam, The Netherlands.
- Saumweber C., Schulz A. Effect of geometry variations on the cooling performance of fan-shaped cooling holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Saumweber C., Schulz A. Free-stream effects on the cooling performance of cylindrical and fan-shaped cooling holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Zhihong Gao, Diganta P.N., Je-Chin Han. Full-coverage film cooling for a turbine blade with axial-shaped holes. Journal of thermophysics and heat transfer, vol. 22, No. 1, January-March 2008.
- Okita Y., Nishiura M. Film effectiveness performance of an arrowhead-shaped film cooling hole geometry. Proceedings of GT2006 ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea and Air, May 8−11, 2006, Barcelona, Spain.
- Zuniga H.A., Krishnan V., Kapat J.S. Trends in film cooling effectiveness caused by increasing angle of diffusion through a row of conicalholes. Proceedings of GT2007 ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air, May 14−17, 2007, Montreal, Canada.
- Zhang D.H., Chen Q.Y., Sun L., Zeng M., Wang Q.W. The comparison of two species film cooling characteristics between trenched and shaped holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Leedom D.H., Acharya S. Large eddy simulations of film cooling flow fields from cylindrical and shaped holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Greitzer E.M., Tan C.S., Graf M.B. Internal flow. Concepts and applications. Cambridge University Press, 2004, 736 p.
- Blazek J. Computational fluid dynamics: principles and applications. Elseveir, 2001,440 p.
- Chappell J., Ligrani P. Aerodynamic performance of suction-side gill region film cooling. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Yiping Lu, Ekkad S.V., Bunker R.S. Trench film cooling effect of trench downstream edge and hole spacing. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Ely M.J., Jubran B.A. A numerical study on increasing film cooling effectiveness through the use of sister holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Baheri S., Jubran B.A. The effect of turbulence intensity on film cooling of gas turbine blade from trenched shaped holes. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Sundaram N., Thole K.A. Film-cooling flowfields with trenched holes on an endwall. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Colban W.F., Thole K.A., Bogard D. A film-cooling correlation for shaped holes on a flat-plate surface. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Renze P., Schroder W., Meinke M. Large-eddy simulation of film cooling flow ejected in a shallow cavity. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Kustener K., Elyas A., Sugimoto T., Tanaka R. Double-jet film-cooling with low blowing ratios. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Kunze M., Vogeler K., Landis K., Heselhaus A. A new test rig for film cooling experiments on turbine endwalls. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Somawardhana R.P., Bogard D.G. Effects of surface roughness and near hole obstructions on film cooling effectiveness. Proceedings of GT2007 ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air, May 14−17, 2007, Montreal, Canada.
- Na S., Williams В., Dennis R.A., Bryden K.M. Internal and film cooling of a flat plate with conjugate heat transfer. Proceedings of GT2007 ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air, May 14−17, 2007, Montreal, Canada.
- Sundaram N., Thole K.A. Bump and trench modifications to film-cooling holes at the vane endwall junction. Proceedings of GT2007 ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air, May 14−17, 2007, Montreal, Canada.
- Lu Y., Allison D., Ekkad S.V. Influence of hole angle and shaping on leading edge showerhead film cooling. Proceedings of GT2006 ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea and Air, May 8−11, 2006, Barcelona, Spain.
- Harrison K.L., Bogard D.G. Comparison of rans turbulence models for prediction of film cooling performance. Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air, GT2008, June 9−13, 2008, Berlin, Germany.
- Металлографические исследования сопловых лопаток 1 ступени ТВД 9.93−04−401 из сплава ЖС6У-ВИ после сертификационных испытаний. Технический отчет № 541/15−4768, ОАО «Авиадвигатель», 2009 г.
- Результаты термометрирования соплового аппарата 1 ступени ТВД термоиндикаторными красками на газогенераторе № 94−013(852). Технический акт № 46 274, ОАО «Авиадвигатель», 2008 г.
- Оценка теплового состояния рабочей лопатки первой ступени ТВД. Техническая справка № 48 589, ОАО «Авиадвигатель», 2009 г.
- Анализ влияния формы отверстий, расположения рядов перфорации и параметров охлаждающего воздуха на эффективность пленочного охлаждения. Технический отчет № 49 063, ОАО «Авиадвигатель», 2009 г.
- Ganesh N. Kumar, Hukam C. Mongia Validation of An Advanced Turbulence Model with DoE Film-Effectiveness Test Data on a Machined Ring Liner. AIAA Paper 2001−3269.
- Li S.C., Mongia H.C. An Improved Method for Correlation of Film-Cooling Effectiveness of Gas Turbine Combustor Liners. AIAA Paper 2001−3268
- Mongia H.C. Gas Turbine Combustor Liner Wall Temperature Calculation Methodology. AIAA Paper 2001−3267
- Wolfgang Vieser, Thomas Esch, Florian Menter. Heat Transfer Prediction using Advanced Two-Equation Turbulence Models. CFX-VAL10/0602 May 2002.
- Иноземцев A.A. Энергетические и промышленные газотурбинные установки на базе авиационных ТРДД ОАО «Авиадвигатель. Принципы конвертации». Тяжелое машиностроение, 2009, № 9, с.2−6.
- Тихонов А.С. Оценка достоверности методов математического моделирования, используемых для исследования течения воздуха во внутренних полостях охлаждаемых лопаток газовых турбин. ISSN 1 311 336, г. Москва, Тяжелое Машиностроение, № 6, 2010, с. 6−9.
- Тихонов А.С., Сендюрев С. И. Испытательная установка для исследования течения воздуха во внутренних полостях охлаждаемых лопаток газовых турбин. Тезисы докладов LVII научно-технической конференции.
- РАН. Комиссия по газовым турбинам РАН, Ассоциация газотурбинных технологий, г. Уфа, 2010.
- Тихонов A.C., Сендюрев С. И. Применение профилированных отверстий для охлаждения сопловых лопаток высоконагруженных турбин. -XXX Российская школа по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 2010.
- Тихонов A.C. Проект торцового бесконтактного уплотнения масляной полости опоры турбины высокого давления.- Материалы X Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации 2007″, г. Пермь, 2007 г.
- Оптимизация конструкции системы подвода воздуха на охлаждение 1СА с применением трехмерного вязкого CFD анализа. Технический отчет № 49 058, ОАО „Авиадвигатель“, 2009 г.
- Уточнение расчета системы подвода охлаждающего воздуха к PJI 1 ступени ТВД с тангенциальной закруткой. Технический отчет № 49 883, ОАО „Авиадвигатель“, 2010 г.
- Анализ теплового состояния сопловой лопатки 1 ступени ТВД газогенератора-демонстратора решением сопряженной задачи газодинамики и теплообмена. Технический отчет № 50 316, ОАО „Авиадвигатель“, 2010 г.
- Газодинамический анализ течения в камере сгорания и сопловом аппарате 1 ступени ТВД газогенератора-демонстратора. Технический отчет № 50 317, ОАО „Авиадвигатель“, 2010 г.
- Крупа В.Г. Комплекс программ расчета течения газа в проточной части многоступенчатой осевой газовой турбины. ЦИАМ им. П. И. Баранова, Москва, 2001.
- Крупа В. Г, Руденко C.B. Инструкция для комплекса программ порасчету вязкого течения в плоской решетке турбомашины с учетом выдува охлаждающего воздуха в окрестности выходной кромки. ЦИАМ им. П. И. Баранова, Москва, 2003.
- Turbulence modeling methods for the compressible Navier-Stokes equations. AIAA Paper N83−1693, 1983,13p.
- Иванов М.Я., Крупа В. Г., Нигматуллин Р. З. Неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для интегрирования уравнений Навье-Стокса. Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1989. т. 29 N6 с. 888−901.
- Инструкция по двумерному тепловому расчету лопатки по программе Т19. ОАО „Авиадвигатель“, 2009.1. УТВЕРЖДАЮ?
- СПРАВКА о внедрении результатов диссерта!1. ОАО"Авиадвигатель"заместительо конструктора игатель» / в. аботы в
- Начальник отделения турбин (К0−204)1. Сычев В .К.