Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Ильинков А. В.1*, Габдрахманов Р. Р.2, Такмовцев В. В.1**, Щукин А. В.1***

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия
2. Центрогазэнергоремонт, ул. Московская, 1, Щелково, Московская обл., 141112, Россия

*e-mail: ailinkov@mail.ru
**e-mail: vvt379@rambler.ru
***e-mail: a.v.shchukin@rambler.ru

Аннотация

Представлены результаты опытного исследования средней теплоотдачи на модели вогнутой поверхности применительно к входной кромке турбинной лопатки с поперечными полуцилиндрическими выступами при обтекании их турбулентным потоком. Параметр относительной кривизны поверхности варьировался изменением начальной толщины пограничного слоя. Получено, что при совместном влиянии центробежных массовых сил и поперечных выступов на теплоотдачу эти факторы не подчиняются принципу аддитивности отдельных воздействий. Для исследованных условий влияние продольной кривизны вогнутой поверхности проявляется только за первым поперечным выступом. Ниже по потоку это влияние подавляется процессами разрушения пограничного слоя при обтекании поперечных выступов. Увеличение вклада центробежных массовых сил в интенсификацию теплоотдачи при заданном радиусе кривизны поверхности возможно при уменьшении высоты выступов с сохранением их продольного шага.

Ключевые слова

турбинная лопатка, входная кромка, вогнутая поверхность, поперечные выступы, интенсификация

Библиографический список

  1. 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.

  2. Нагога Г.П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МАИ, 1996. – 100 с.

  3. Горелов Ю.Г., Строкач Е.А. Анализ закономерностей расчета коэффициента теплоотдачи от газа на входных кромках сопловых лопаток турбин высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 80-85.

  4. Колесник С.А., Формалев В.Ф., Селин И.А. Математическая модель и программный комплекс сопряженного теплообмена между вязкими газодинамическими течениями и охлаждаемыми лопатками газовых турбин // Труды МАИ. 2015. № 80. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=56941

  5. Попов В.Г., Викулин А.В., Чеснова В.А., Маркелов М.С. Влияние геометрических характеристик каналов сложной конфигурации на многопараметрические функции теплообмена // Авиационная промышленность. 2013. № 1. С. 17-20.

  6. Щербаков М.А., Воробьев Д.А., Маслаков С.А., Равикович Ю.А. Определение коэффициента теплоотдачи на пере лопатки турбины на нерасчётных режимах работы // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 95-103.

  7. Халатов А.А., Романов В.В., Борисов И.И., Дашевский Ю.А., Северин С.Д. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил. – Киев: Изд-во Ин-та технической теплофизики НАН Украины, 2010. Т. 9 «Теплообмен и гидродинамика при циклонном охлаждении лопаток газовых турбин». – 317 с.

  8. Glezer B., Moon H-K. Turbine cooling system. Patent of United States № 5603606.-F01D 5/18. – 1997.

  9. Гойхенберг М.М., Чепкин В.М. Охлаждаемая лопатка турбомашины. Патент РФ № 2117768. Бюлл. № 23, 20.08.1998.

  10. Терехов В.И., Богатко Т.В., Дьяченко А.Ю. и др. Теплообмен в дозвуковых отрывных потоках: Монография. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 245 с.

  11. Давлетшин И.А., Михеев Н.И. Отрывная область при обтекании препятствия пульсирующим потоком в канале // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2010. Т. 45. № 5. С. 86-91.

  12. Дрейцер Г.А., Исаев С.А., Лобанов И.Е. Расчет конвективного теплообмена в трубе с периодическими выступами // Вестник Московского авиационного института. 2004. Т. 11. № 2. С. 28-35.

  13. Kiml R., Mochizuki S., Murata A. Heat transfer enhancement mechanism in a rectangular passage with V – and Λ-shaped ribs // Journal of Flow Visualization and Image Processing. 2001. No. 8, pp. 51-68. DOI: 10.1299/kikaib.65.1032

  14. Cho H.H., Wu S.J., Kwon H.J. Local heat/mass transfer measurements in a rectangular duct with discrete ribs // Journal of Turbomachinery. 2000. No. 122(3), pp. 579-586. DOI: 10.1115/1.1303049

  15. Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., Baranov P.A., Gulcova M.E. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 94, pp. 426-448. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2015.11.002

  16. Ahn S.W., Lee J.S. Large eddy simulation of flow and heat transfer in a channel with a detached rib array // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. Vol. 53. No. 1-3, pp. 445-452. DOI:10.1115/1.1811098

  17. Леонтьев А.И., Алексеенко С.В., Волчков Э.П. и др. Вихревые технологии для энергетики / Под общей редакцией академика А.И. Леонтьева. – М.: Изд. дом МЭИ, 2017. – 348 с.

  18. Леонтьев А.И., Олимпиев В.В. Теплофизика и теплотехника перспективных интенсификаторов теплообмена: (обзор) // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 1. С. 7-31.

  19. Халатов А.А., Авраменко А.А., Шевчук И.В. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил: В 4 т. – Киев: Институт технической теплофизики. Национальная академия наук Украины. 1996. Т.1 «Криволинейные потоки». – 290 с.

  20. So R.M.C., Mellor G.L. An experimental investigation of turbulent boundary layers along curved surfaces. – NASA , Washington, United States. Apr 01, 1972. – 270 p.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024