Математическая модель и программный комплекс сопряженного теплообмена между вязкими газодинамическими течениями и охлаждаемыми лопатками газовых турбин

Авторы

Колесник С. А.^*, Формалев В. Ф.^**, Селин И. А.^***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: sergey@oviont.com
**e-mail: formalev38@mail.ru
***e-mail: i.selin@bk.ru

Аннотация

В работе изложена физико-математическая модель, алгоритм и программный комплекс по определению сопряженного теплообмена между вязкими газодинамическими течениями и охлаждаемыми лопатками газовых турбин, изготовленных с помощью технологии составных проницаемых оболочек (СПО). Математическая модель включает в себя уравнения динамического и теплового пограничных слоев с учетом вдува, трехмерную нестационарную теплопроводность в охлаждаемых каркасах СПО, сложное гидравлическое течение и охлаждение внутри каналов охлаждаемой лопатки воздухом, отбираемым от компрессора силовой установки. Предложен новый экономичный, абсолютно устойчивый метод численного решения пространственных нестационарных задач теплопереноса в многосвязных областях. Разработан и описан программный комплекс, с помощью которого получены результаты, показывающие значительно большую эффективность охлаждения при использовании СПО со вдувом по сравнению с традиционным способом охлаждения конвекцией. Полученные результаты показали большую эффективность охлаждения при меньших расходах охладителя.

Ключевые слова

составные проницаемые оболочки, газодинамический поток, сопряженный теплообмен, теплопроводность, тепловой поток, эффективность охлаждения, программный комплекс, пограничный слой

Библиографический список

1. Helms H.E. Stoichometric gas turbines development problems. The Intern. Symposium on Air Breating Engines. Marseille, Franse, June, 1972, p. 19-23.
2. Wear J.D., Traut A.M., Smith J.M., Jones R.E. Design and Preliminary Results of a Semi Transpiration Cooled (Lomilloy) Liner for a High — Pressure, High-Temperature Combustor. AIAA, pap. № 997, 1978.
3. Hempel H., Friedrich B., Witlog S. Full coverage film cooled blooding in high temperature gas turbines cooling effectiveness profile loss and thermal efficiency. Trans. ASME Journal of Eng. for Power, 1980, oct, vol. 102.
4. Совершенный В.Д., Формалев В.Ф. Моделирование и разработка составных проницаемых оболочек с высокой эффективностью охлаждения // Всероссийская научно-практическая конференция «Высшая школа России и конверсия». Тезисы докладов, Москва, ноябрь 1993. c. 129-132.
5. Формалев В.Ф., Колесник С.А. Методика, алгоритм и программный комплекс по определению теплового состояния охлаждаемых микроракетных двигателей // Электронный журнал «Труды МАИ», 2014, № 78: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=53710 (дата публикации 02.12.2014).
6. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. — М.: Машиностроение, 1975. — 672c.
7. Jones W.P., Launder B.E. Some properties of sink-flow turbulent boundary layers. Jorn of Fluid Mech, vol. 56, part. 2, November, 1972, pp. 337–352.
8. Совершенный В.Д., Алексин В.А. О расчете пограничного слоя на профилях при наличии зон ламинарного и турбулентного режимов течения// Известия ВУЗов. Сер. Авиационная техника. 1983. № 2. С. 68–72.
9. Холлуорт, Бери. Теплообмен при натекании на поверхность системы струй с большим шагом отверстий // Теплопередача: Труды американского общества инженеров и механиков. 1978. Т.100. № 2. с. 203–209.
10. Юдаев Б.И. Теплопередача. — М.: Высшая школа, 1973. 59с.
11. Галицейский Б.М., Совершенный В.Д., Формалев В.Ф. Тепловая защита лопаток турбин. — М.: Изд-во МАИ, 1996. — 354с.

Скачать статью