Βασικά στοιχεία Τουρμπίνας - Τεχνολογία ψύξης τουρμπίνας και φύλλων

Δομή αξονικής ροής τουρβίνας

Η τουρβίνα είναι μια περιστρεφόμενη δύναμης μηχανή που μετατρέπει την ενθαλπία ενός εργασιακού υγρού σε μηχανική ενέργεια. Είναι ένας από τους κύριους συστατικούς των μηχανών αεροπλάνων, των αεριού τουρβίνων και των τουρβίνων ατμού. Η μετατροπή ενέργειας μεταξύ τουρβίνων και συμπιεστών και ροής αέρα είναι αντίθετη στη διαδικασία. Ο συμπιεστής καταναλώνει μηχανική ενέργεια κατά τη λειτουργία του, και η ροή αέρα κερδίζει μηχανική ενέργεια όταν περνάει μέσω του συμπιεστή, με την πίεση και την ενθαλπία να αυξάνονται. Κατά τη λειτουργία της τουρβίνας, πραγματοποιείται έξοδος άξονα από τον άξονα της τουρβίνας. Μέρος της εργασίας του άξονα χρησιμοποιείται για να επιλύσει την τριβή στα οπλισμένα και να οδηγεί τα παραρτήματα, ενώ το υπόλοιπο απορροφάται από τον συμπιεστή.

Εδώ συζητούνται μόνο οι τουρβίνες με αξιακή ροή. Η τουρμπίνα σε έναν αέριο τουρμπίνα είναι συνήθως αποτελείται από πολλά στάδια, όμως ο στάτωρ (στάχυα νοζιλής ή καθοδηγός) βρίσκεται μπροστά από τον περιστρεφόμενο συρρόγητρο. Ο φρεατιακός κανάλιος της σταδιακής μονάδας τουρμπίνας είναι συγκλιντικός, και ο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης αέριος από το καύσιμο δωμάτιο επεκτείνεται και επιταχύνεται μέσα του, ενώ η τουρμπίνα παράγει μηχανική εργασία.

Θερμικές μεταφορικές ιδιότητες της εξωτερικής επιφάνειας των συρρόγων τουρμπίνας

Ο συντελεστής συνεκτικής μεταφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του αερίου και της επιφάνειας του συρρόγου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση ψύξης του Νιούτον.

Για την επιφάνεια πίεσης και την επιφάνεια αναδρομής, ο συντελεστής συνδυασμένης μεταφοράς θερμότητας είναι υψηλότερος στο αρχικό άκρο της φολιάς. Καθώς η λαμινάρια ζώνη σύνορου επαρκεί να επαρκεί, ο συντελεστής συνδυασμένης μεταφοράς θερμότητας μειώνεται γradually· στο σημείο μετάβασης, ο συντελεστής συνδυασμένης μεταφοράς θερμότητας αυξάνεται απότομα· μετά τη μετάβαση στην τροχιαία ζώνη σύνορου, καθώς η βισκόσα κάτω από την ζώνη σταδιακά επαρκεί, ο συντελεστής συνδυασμένης μεταφοράς θερμότητας μειώνεται σταδιακά. Για την επιφάνεια αναδρομής, η δυνατή απόσπαση ροής στον πίσω τομέα θα προκαλέσει μια μικρή αύξηση του συντελεστή συνδυασμένης μεταφοράς θερμότητας.

Συνδυασμένη Λειάνεψη

Η ψύξη με επικοίτηση είναι η χρήση ενός ή περισσότερων ρευμάτων κρύας αέρα που επιδρούν στην καυτή επιφάνεια, δημιουργώντας ισχυρή μεταφορά θερμοκρασίας από συνβολή στην περιοχή της επικοίτησης. Η παράγωγη ιδιότητα της ψύξης με επικοίτηση είναι ότι υπάρχει υψηλός συντελεστής μεταφοράς θερμοκρασίας στην επιφάνεια του τοιχώματος στην περιοχή στάσης όπου ο ρεύμας κρύας αέρα επιδρούσει, έτσι ώστε αυτή η μέθοδος ψύξης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εφαρμοστεί επικεντρυμένη ψύξη στην επιφάνεια.

Η ψύξη με επικοίτηση της εσωτερικής επιφάνειας της πρώτης ακμής της συστροφής είναι μια ψύξη με επικοίτηση σε περιορισμένο χώρο, και το ρεύμα (ρεύμα κρύας αέρα) δεν μπορεί να μεικτεί ελεύθερα με τον περιβάλλοντα αέρα. Το επόμενο παρουσιάζει την ψύξη με επικοίτηση ενός μονοτρήματος επιπέδου στόχου, που είναι η βάση για τη μελέτη της επιρροής της ροής επικοίτησης και της μεταφοράς θερμοκρασίας.

Η ροπή ενός μονού οριζόντιου βλάστηματος προς ένα κάθετο επίπεδο στόχο εμφανίζεται στο παραπάνω σχήμα. Το επίπεδο στόχος είναι αρκετά μεγάλο και δεν έχει περιστροφή, και δεν υπάρχει κάποιο άλλο διαμετρικό ρευστό στην επιφάνεια.Όταν η απόσταση μεταξύ της στομίας και της επιφάνειας του στόχου δεν είναι πολύ κοντά, μια τομή του βλάστηματος μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ελεύθερο βλάστημα, δηλαδή η κεντρική τομή ( - Εγώ... ) και η βάση τομή ( ιΙ ) στο σχήμα.Όταν το βλάστημα προσεγγίζει την επιφάνεια του στόχου, η εξωτερική οριακή γραμμή του βλάστηματος ξεκινά να αλλάζει από ευθεία γραμμή σε καμπύλη, και το βλάστημα μπαίνει στην περιοχή μεταστροφής ( ιΙΙ ), που ονομάζεται επίσης η περιοχή στάσης. Στην περιοχή στάσης, το βλάστημα ολοκληρώνει τη μετάβαση από μια ροή κάθετη στην επιφάνεια του στόχου σε μια ροή παράλληλη στην επιφάνεια του στόχου. Μετά την ολοκλήρωση της μετάβασης 90 ° όταν στρίβει, εισέρχεται στη ζώνη τοιχικού ρεύματος (IV) του επόμενου τμήματος. Στη ζώνη τοιχικού ρεύματος, το υγρό ρέει παράλληλα με τη στόχο επιφάνεια, και η εξωτερική οριακή του γραμμή παραμένει ευθεία. Κοντά στον τοίχο υπάρχει μια εξαιρετικά λεπτή λαμινάρια οριακή στρώση. Το ρεύμα φέρει μεγάλο ποσό κρύας αέρα, και η ταχύτητα φθάσης είναι πολύ υψηλή. Η δυναμική στην ζώνη στάσης είναι επίσης πολύ μεγάλη, έτσι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας της επαφής ψύξης είναι πολύ υψηλός.

Ψύξη Επιτοπικής Μεταφοράς

（1）Ραδιακή άμεση διάτρηση ψύξης μέσα στο φύλλο

Ο αέρας ψύξης ρέει άμεσα μέσω της εσωτερικής κοιλότητας του οδηγού φύλλου σε ραδιακή κατεύθυνση, απορροφώντας θερμότητα μέσω επιτοπικής μεταφοράς θερμότητας για να μειώσει τη θερμοκρασία του σώματος του φύλλου. Ωστόσο, υπό την κατάσταση συγκεκριμένου όγκου αέρα ψύξης, ο συντελεστής επιτοπικής μεταφοράς θερμότητας αυτής της μεθόδου είναι χαμηλός και η αποτελεσματικότητα ψύξης είναι περιορισμένη.

(2) Πολλαπλές διαδρομές ψύξης μέσα στο φύλλο (σχεδιασμός πολλαπλών κοιλιών)

Το σχεδιασμός με πολλά κενά δεν μόνο αυξάνει τον στοιχειωδή συντελεστή μεταφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του φριγιδιασμένου αέρα και της εσωτερικής επιφάνειας της σφενδόνης, αλλά αυξάνει και τη συνολική επιφάνεια ανταλλαγής θερμοκρασίας, αυξάνει την εσωτερική ροή και τον χρόνο ανταλλαγής θερμοκρασίας, και έχει υψηλό ποσοστό χρήσης φριγιδιασμένου αέρα. Η αποτελεσματικότητα της ψύξης μπορεί να βελτιωθεί με την λογική κατανομή της ροής φριγιδιασμένου αέρα. Φυσικά, ο σχεδιασμός με πολλά κενά έχει και μειονεκτήματα. Λόγω της μεγάλης απόστασης κυκλοφορίας του φριγιδιασμένου αέρα, της μικρής επιφάνειας κυκλοφορίας και των πολλών στροφών της ροής του αέρα, η ροπή ροής θα αυξηθεί. Αυτή η πολύπλοκη δομή αυξάνει επίσης τη δυσκολία της επεξεργασίας και κάνει το κόστος υψηλότερο.

（3）Η δομή κοντραβάλασης ενισχύει την θερμική μεταφορά και τη ψύξη με στύλους spoiler

Κάθε ραχηλιαίο στοιχείο της δομής ραχηλιών λειτουργεί ως στοιχείο α摄ρωσης της ροής, προκαλώντας το υγρό να αποχωρεί από την επιφάνεια όριου και να δημιουργεί βορτές με διαφορετικές ισχύες και μεγέθη. Αυτές οι βόρτες αλλάζουν τη δομή ροής του υγρού, και ο προ cess της μεταφοράς θερμάς ενισχύεται σημαντικά μέσω της αύξησης της τurbulence του υγρού στην περιοχή κοντά στο τοιχοδόμημα και της περιοδικής ανταλλαγής μάζας μεταξύ των μεγάλων βορτών και της κύριας ροής.

Η ψύξη με στύλους spoiler είναι να έχουν πολλές γραμμές κυλινδρικών ραχηλιών διατεταγμένες με μια συγκεκριμένη μέθοδο μέσα στο εσωτερικό κανάλι ψύξης. Αυτά τα κυλινδρικά ραχηλιά δεν μόνο αυξάνουν την επιφάνεια ανταλλαγής θερμάς, αλλά και αυξάνουν την αμοιβαία μίξηση του κρύου αέρα σε διαφορετικές περιοχές λόγω της α摄ρωσης της ροής, που μπορεί να σημαντικά αυξήσει το αποτέλεσμα μεταφοράς θερμάς.

Ψύξη με φιλμ

Η ψύξη με αεριακή ταινία είναι να σπρώχνει κρύο αέρα από τα τρύπια ή τις χάζες στην ζεστή επιφάνεια και να δημιουργεί μια στρωματιά κρύου αέρα στην ζεστή επιφάνεια για να εμποδίσει το θερμανισμό του στερεού τοιχώματος από το ζεστό αέρα. Επειδή η στρωματιά κρύου αέρα εμποδίζει την επαφή μεταξύ της κύριας ροής αέρα και της λειτουργικής επιφάνειας, επιτυγχάνει τον σκοπό της απομάκρυνσης θερμοκρασίας και της πρόληψης διάβρωσης, γι' αυτό κάποιες εργασίες αναφέρουν επίσης αυτήν τη μέθοδο ψύξης ως ψύξη με εμπόδιο.

Τα στόμια ψύξης με αεριακή ταινία είναι συνήθως κυκλικά τρύπια ή γραμμές κυκλικών τρυπών, και μερικές φορές φτιάχνονται σε διδιάστατες οροφές. Σε πραγματικές δομές ψύξης, υπάρχει συνήθως ένας συγκεκριμένος γωνιός μεταξύ του στομιού και της επιφάνειας που ψύχεται.

Ένα μεγάλο αριθμό μελετών γύρω από κυλινδρικά τρύπια στη δεκαετία του '90 έδειξε ότι ο παράγοντας εξασφάλισης (το λόγο της πυκνής ροής του βελτίου στο κύριο ρεύμα) θα επηρεάσει σημαντικά την αδιαθερμούμενη επαγγελιακή ψύξη μιας μοναδικής γραμμής κυλινδρικών τρυπών. Μετά το να φτάσει η ροή κρύας αέρα στην περιοχή υψηλής θερμοκρασίας του κύριου ρεύματος, θα δημιουργηθεί ένα ζευγάρι προς τα εμπρός και αντίστροφα περιστροφικών βορβόρων, γνωστών επίσης ως νεφροειδής βορβόρος. Όταν ο αέρας που εξασφαλίζεται είναι σχετικά υψηλός, εκτός από τους προς τα εμπρός βορβόρους, η εξαγωγή θα δημιουργήσει επίσης αντίστροφους περιστροφικούς βορβόρους. Αυτοί οι αντίστροφοι βορβόροι θα παγιδεύσουν τον αέρα υψηλής θερμοκρασίας στο κύριο ρεύμα και θα τον φέρουν στον πίσω άκρο της διαδρομής των φύλλων, με αποτέλεσμα να μειωθεί η επαγγελιακή ψύξη.