Автоматизированное проектирование и расчет системы охлаждения передней полости лопатки турбины газотурбинного двигателя

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2020. Т. 27. № 4. С. 147-158.

DOI: 10.34759/vst-2020-4-147-158

Авторы

Ремчуков С. С. 1*, Ярославцев Н. Л. 2**, Лепешкин А. Р. 2***

1. Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: remchukov.sviatoslav@yandex.ru
**e-mail: yaroslavcevnl@mati.ru
***e-mail: lepeshkin.ar@gmail.com

Аннотация

Проведен расчет теплогидравлических характеристик системы охлаждения передней полости лопатки турбины. Выполнена верификация методики автоматизированного проектирования и расчета компактных теплообменников для узлов газотурбинных двигателей (ГТД) методом калориметрирования в жидкометаллическом термостате. Построены тепловые характеристики, полученные расчетным и экспериментальным способами. Анализ показал сходимость расчетных и экспериментальных характеристик в пределах допустимых погрешностей.

Ключевые слова:

автоматизированное проектирование и расчет, компактный теплообменник, калориметрирование в жидкометаллическом термостате

Библиографический список

  1. Колычев А.В., Керножицкий В.А., Левихин А.А. Система охлаждения лопаток турбин газотурбинных двигателей, выполненных из жаропрочных сплавов и проводящей керамики (боридов и карбидов) // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 143-150.

  2. Shevchenko I.V., Rogalev A.N., Garanin I.V., Komarov I.I., Vegera A.N. Asymmetrical heat transfer intensifacition method for high-temperature gas turbines blades // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. No. 18, pp. 7478-7484.

  3. Тихонов А.М. Регенерация тепла в авиационных ГТД. – М.: Машиностроение, 1977. – 108 с.

  4. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники / Пер. с англ. В.Г. Баклановой; Под ред. Ю.В. Петровского. – М.: Энергия, 1967. – 160 с.

  5. Краев В.М. Современное состояние исследований нестационарных турбулентных течений // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 61-67.

  6. Григорьев А.А., Марков Ю.С., Лепешкин А.Р., Григорьев С.Н. Пластинчатый теплообменник. Патент RU 2350874 C1. Бюл. № 9, 27.03.2009.

  7. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. – М.; Л.: Энергия, 1966. – 184 с.

  8. Егоров К.С., Щеголев Н.Л. Исследование характеристик высококомпактных пластинчато-ребристых поверхностей теплообмена со смещенным ребром // Наука и образование. 2012. № 6. С. 351-362. DOI: 10.7463/0612.0431788

  9. Ильинков А.В., Ермаков А.М., Такмовцев В.В., Щукин А.В., Ерзиков А.М. Алгоритм численного поверочного расчета охлаждаемых турбинных лопаток газотурбинных двигателей с использованием опытных данных по теплоотдаче и сопротивлению // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2019. № 2. С. 118-123.

  10. Xie Y., Shi D., Shen Z. Experimental and numerical investigation of heat transfer and friction performance for turbine blade tip cap with combined pin-fin-dimple/protrusion structure // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 104, pp. 1120-1134. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.032

  11. Ayaal A.H., Jalil J.M., Abbas K.K. Thermal analysis of a cooled turbine blade // 2nd International Conference on Sustainable Engineering Techniques ICSET’2019. Vol. 518. No. 3, p. 032028. DOI: 10.1088/1757-899X/518/3/032028

  12. Ардатов К.В., Нестеренко В.Г., Равикович Ю.А. Классификация высокоэффективных рекуператоров газотурбинных двигателей // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=46706

  13. Савостин А.Ф., Тихонов А.М. Исследование характеристик пластинчатых поверхностей теплообмена // Теплоэнергетика. 1970. № 9. С. 75-78.

  14. Ардатов К.В., Нестеренко В.Г., Равикович Ю.А. Пластинчатый рекуператор с поверхностями теплообмена типа Френкеля. Патент RU 125321 U1. Бюл. № 6, 27.02.2013.

  15. Ремчуков С.С., Данилов М.А., Чистов К.А. Автоматизированное проектирование и расчет пластинчатого теплообменника для малоразмерного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 116-123.

  16. Осипов И.В., Ремчуков С.С. Малоразмерный газотурбинный двигатель со свободной турбиной и теплообменником системы регенерации тепла в классе мощности 200 л.с. // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 81-90.

  17. Ярославцев Н.Л., Викулин А.В., Ремчуков С.С. Оптимизация конструкции передней полости лопатки полупетлевой схемы охлаждения // Авиационная промышленность. 2017. № 4. С. 10-16.

  18. Isaev S.A., Leontiev A.I., Baranov P.A. et al. Numerical Simulation of the Intensification of the Heat Exchange in a Plane-Parallel Channel with a Cylindrical Shallow Dimple on the Heated Wall // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016. Vol. 89. No. 5, pp. 1186-1201. DOI: 10.1007/s10891-016-1482-9

  19. Menter F.R. Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective // International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2009. Vol. 23. No. 4, pp. 305-316. DOI: 10.1080/10618560902773387

  20. Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А. Определение локального коэффициента теплоотдачи с использованием модели температурного пограничного слоя в полостях вращения газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 99-115.

  21. Викулин А.В., Ярославцев Н.Л., Чеснова В.А. Методология теплового проектирования охлаждаемых лопаток газовых турбин газотурбинных двигателей и газотурбинных установок // Научная мысль. 2016. № 1. С. 86-105.

  22. Ярославцев Н.Л., Викулин А.В., Ремчуков С.С. Конструктивные особенности технологической оснастки для калориметрических испытаний теплонапряженных деталей ГТД // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20. № 1(81). С. 82-86.

  23. Викулин А.В., Ярославцев Н.Л., Земляная В.А. Исследование теплообмена в системах охлаждения теплонапряженных конструкций // Теплоэнергетика. 2017. № 1. С. 39-44.

  24. Викулин А.В., Ярославцев Н.Л., Чеснова В.А. Диагностика эффективности системы охлаждения малогабаритных теплообменников с компланарными каналами // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 94-99.

  25. Shevchenko I.V., Rogalev A.N., Shevchenko M.I., Vegera A.N. Method of calorimetric measurements in molten metal thermostat and its application for developing blade cooling system of gas turbines // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. No. 10, pp. 2382-2386.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020