33. Параметр оребрения. Влияние оребрения на эффективность охлаждения

Эффективное оребрение (h/D_h>0,1) в среднем увеличивает отношение Nu/Nu_o в 1,5 раза. При этом параллельное расположение ребер на передней и задней стенках предпочтительнее перпендикулярного (напомним, что ребра располагаются под углом 45^о к потоку воздуха). Как известно, каналы с перпендикулярно расположенными ребрами на стенках носит название “вихревой матрицы".

Таким образом, оценка коэффициентов теплоотдачи в системе конвективного охлаждения рабочих лопаток турбины, имеющей петлевые каналы, может быть сделана на основе представленных данных. Консервативная оценка может быть сделана при пониженных коэффициентах оребрения вплоть до принятия коэффициентов теплоотдачи для гладкого вращающегося канала.

34. Смысл лобового натекания. Критериальное выражение для коэффициента теплоотдачи при лобовом натекании

Лобовое натекание используется для интенсификации теплоотдачи посредством локального сдува пограничного слоя и последующего его образования с большим градиентом изменения параметров при растекании струи по обдуваемой поверхности. Непосредственно в месте подачи струи на поверхность размером, равным площади отверстия (d), локальный коэффициент теплоотдачи определяется по критериальному уравнению [146]:

Nu_max = 0,64 Re^0,5, где Re определяется по диаметру отверстия, через которое подается струя воздуха. Это уравнение получено при отношении расстояния (Z) до обдуваемой поверхности к диаметру (d) отверстия z/d = 1…4. При осреднении коэффициента теплоотдачи по обдуваемой поверхности Nu_ср = , т.е. среднее значение Nu составляет только 50% от максимальной величины.

35. Понятие термоциклического нагружения. Фазовые траектории термического нагружения лопаток и дисков

Термоциклическое нагружение.

Рассмотрим технологию определения критических мест лопатки турбины с точки зрения возможного образования термоусталостных трещин на примере охлаждаемой лопатки. Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что щель для выпуска воздуха, расположенная на поверхности корыта, отображается на поверхности спинки в виде темной (более холодной ) полосы, что естественно, так как в районе щели со стороны воздуха обеспечивается хороший конвективный теплообмен, обусловленный высокой скоростью истечения воздуха. Корыто лопатки имеет более высокую температуру поверхности по сравнению со спинкой в среднем на 100 градусов. При этом зоны более высоких температур располагаются на большей части поверхности корыта, что свидетельствует о растекании горячего ядра потока вторичным течением по поверхности.. На рисунке 4.3.10 показана внутренняя полость лопатки для прохода охлаждающего воздуха, которая представляет собой петлевой канал переменного сечения с турбулизаторами в виде штырьковой матрицы. Пленочное охлаждение организовано посредством выдува воздуха через два ряда отверстий на входной кромке со стороны спинки и корыта.

Как видно из иллюстрации, наиболее опасным местом лопатки с точки зрения возможного образования термоусталостной трещины является сопряжение выходной щели с профилем в нижней части выходной кромки.

Это обусловливается существенным различием в толщинах сопрягаемых мест и соответствующими различиями в темпах прогрева и охлаждения, что в свою очередь сопровождается большими локальными градиентами температуры и термическими деформациями. В процессе эксплуатации этого двигателя было отмечено образование трещины в этом месте лопатки после определенной циклической наработки с дальнейшим развитием ее по поверхности спинки. Таким образом, представленная технология прогнозирования термоусталостных трещин на базе моделирования нестационарного теплового нагружения может быть использована на этапе проектирования. Следует отметить, что чувствительность выходной кромки лопатки в районе корневого сечения к термоусталостным трещинам, повидимому, типична для лопаток.