Разработка и исследование конструкций охлаждаемых лопаток газовых турбин с использованием метода реверс-инжиниринга

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 2. С. 122-130.

DOI: 10.34759/vst-2023-2-122-130

Авторы

Осипов С. К.*, Шевченко И. В.**, Рогалев Н. Д.***, Вегера А. Н.****, Брызгунов П. А.*****

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия

*e-mail: OsipovSK@mpei.ru
**e-mail: ShevchenkoIV@mpei.ru
***e-mail: RogalevND@mpei.ru
****e-mail: VegeraAN@mpei.ru
*****e-mail: BryzgunovPA@mpei.ru

Аннотация

С использованием метода реверс-инжиниринга разработаны конструкции охлаждаемых лопаток высокотемпературных газовых турбин. Дано обоснование выбора конструктивных решений для интенсификации теплообмена в охлаждающих каналах лопатки. По результатам численных и экспериментальных исследований получены расходная характеристика лопатки и распределение температур металла лопатки в номинальном режиме работы турбины, что позволило сделать вывод о высокой эффективности разработанной теплогидравлической модели.

Ключевые слова:

реверс-инжиниринг охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, циклонное охлаждение входной кромки, интенсификация теплообмена в охлаждаемых лопатках турбин, верификация теплогидравлических моделей охлаждаемых лопаток турбин

Библиографический список

  1. Liu Z., Feng Z. Numerical simulation on the effect of jet nozzle position on impingement cooling of gas turbine blade leading edge // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2011. Vol. 54. No. 23-24, pp. 4949-4959. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.07.008
  2. Han J.C., Dutta S., Ekkad S. Gas turbine heat transfer and cooling technology. — CRC Press, 2012. — 871 p. DOI: 10.1201/b13616
  3. Han J.C., Park J.S. Developing heat transfer in rectangular channels with rib turbulators // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1988. Vol. 31. No. 1, pp. 183-195. DOI: 10.1016/0017-9310(88)90235-9
  4. Han J.C., Ou S., Park J.S., Lei C.K. Augmented heat transfer in rectangular channels of narrow aspect ratios with rib turbulators // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1989. Vol. 32. No. 9, pp. 1619-1630.
  5. Леонтьев А.И., Олимпиев В.В. Теплофизика и теплотехника перспективных интенсификаторов теплообмена (обзор) // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 1. С. 7–31.
  6. Xu G., Li Y., Deng H. Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rotating two-pass square channel with asymmetrical 90-deg rib turbulators // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 80, pp. 386-395. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.02.011
  7. Han J.C., Zhang Y.M., Lee C.P. Augmented heat transfer in square channels with parallel, crossed, and V-shaped angled ribs // Journal of Heat Transfer. 1991. Vol. 113. No. 3, pp. 590-596. DOI: 10.1115/1.2910606
  8. Han J.C., Zhang Y.M. High performance heat transfer ducts with parallel broken and V-shaped broken ribs // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1992. Vol. 35. No. 2, pp. 513-523. DOI: 10.1016/0017-9310(92)90286-2
  9. Singh P., Pandit J., Ekkad S.V. Characterization of heat transfer enhancement and frictional losses in a two-pass square duct featuring unique combinations of rib turbulators and cylindrical dimples // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 106, pp. 629-647. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.037
  10. Moon M.A., Kim K.Y. Analysis and optimization of fan-shaped pin—fin in a rectangular cooling channel // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 72, pp. 148-162. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.085
  11. Zhao J., Huang Sh., Gong L., Huang Zh. Numerical study and optimizing on micro square pin-fin heat sink for electronic cooling // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 93, pp. 1347-1359. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.08.105
  12. Xie G., Sundén B., Zhang W. Comparisons of Pins/Dimples/Protrusions Cooling Concepts for a Turbine Blade Tip-Wall at High Reynolds Numbers // Journal of Heat Transfer. 2011. Vol. 133. No. 6: 061902. DOI: 10.1115/1.4003558
  13. Xie G., Liu J., Zhang W. et al. Numerical Prediction of Flow Structure and Heat Transfer in Square Channels with Dimples Combined with Secondary Half-Size Dimples/Protrusions // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2014. Vol. 65. No. 4, pp. 327-356. DOI:10.1080/10407782.2013.832073
  14. Ярославцев Н.Л., Викулин А.В., Ремчуков С.С. Использование вихревых матриц в конструкции лопаток высокотемпературных газовых турбин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 1. С. 172–177.
  15. Чеснова В.А., Попов В.Г., Викулин А.В. Совершенствование конструкции охлаждаемых лопаток высокотемпературных газовых турбин с целью повышения надежности и ресурса работы современных авиационных ГТД и энергетических ГТУ // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2012. № 2(23). С. 7–11.
  16. Kanagaraja K., Jegadeeswari G., Kirubadurai B. Optimization of Gas Turbine Blade Cooling System // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2019. Vol. 8. No. 11, pp. 4186-4181.
  17. Bu S., Yang L., Qiu H. et al. Effect of sidewall slots and pin fins on the performance of latticework cooling channel for turbine blades // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 117, pp. 275-288. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.01.110
  18. Киндра В.О., Рогалев А.Н., Рогалев Н.Д. и др. Охлаждаемая лопатка газовой турбины. Патент RU 2740627 C1. Бюл. № 2, 18.01.2021.
  19. Luo L., Wang Ch., Wang L. et al. Heat transfer and friction factor performance in a pin fin wedge duct with different dimple arrangements // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2016. Vol. 69. No. 2, pp. 209-226. DOI: 10.1080/10407782.2015.1052301
  20. Rao Y., Wan Ch., Xu Y. An experimental study of pressure loss and heat transfer in the pin fin-dimple channels with various dimple depths // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. No. 23–24, pp. 6723-6733. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.06.081
  21. Kindra V., Osipov S., Kharlamova D., Shevchenko I. An experimental and numerical study of flow and heat transfer in cooling channels with pin fin-dimple and pin fin- groove arrays // 13th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics (8-12 April 2019; Lausanne, Switzerland). DOI: 10.29008/ETC2019-155
  22. Шевченко И.В., Соколов В.П., Рогалев А.Н., Вегера А.Н., Осипов С.К. Исследование влияния геометрических параметров циклонной системы охлаждения входной кромки лопатки газовой турбины на ее теплогидравлические характеристики // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 232–244. DOI: 10.34759/vst-2021-4-232-244

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024