Uurimine termaalsest takistava kaest ja selle mõjust turbiinilauade jälgitava tüübi gaasiturbiini jälgmisele mehhanismile

Et saada termilise isolatsiooni efekti ja temperatuuri jaotusseaduste teadmisi turbokiilude peal oleva termilise takistava kattega, kasutati mõnda tüüpi gaasiturbiini kõrgepinge turbiinliikuvat kiilu, mis on siseselt jäärmejaotusega struktuuriga põhivormina. Kõrgepinge turbiinliikuvate kiilude jäärmetamise efekt arvuti-mudeliga, mis võtab arvesse gaasi- ja soojuse sidumist, arvutati numbriliselt nii termitakistava kattega kaitstud kui ka ilma sellise kaitseta, ning uuriti kiilu soojuse ülekandmist muutes termitakistava katte paksust. Uurimus leidis välja, et termitakistava katte rakendamisel langes kiilu temperatuur oluliselt, mis lähemal eespool olevale servale, seda suurem oli temperatuuri langus, ja painduspoolel oli temperatuuri langus suurem kui sugupooltel; 0,05–0,2 mm paksune termitakistav katte võib vähendada kiilu meetaalpinnaga keskmist temperatuuri 21–49 ℃ võrra; kui katte paksus suureneb, muutub kiilu meetaali sees temperatuuri jaotus rohkem ühtlaseks.

Gaasiturbiinide arendamisel kasvatab tehnikud mootori võimsust ja termilist effektiivsust, tõstes turbiini sisseminemis temperatuuri. Turbiini lehed on kõrge temperatuuri gaasi mõju all. Kui turbiini sisseminemis temperatuur jätkub tõusuga, ei pruugi ainult õhukülmastamine enam nõuetest rahuldada. Termilised takistuskatted on muutunud efektiivseks viisiks materjalide kõrgtemperatuursete omaduste ja korroosiooniresistentsuse parandamiseks ning neid on alates siis üha rohkem kasutatud.

Kuumaline takistuskaart peitakse tavaliselt lehe pinnale plasmaflaami või elektronkiiri jääsmise abil. Neil on omadused kõrge paigutuspunktiga ja vastupidamisega kuumalisele šokile, mis võivad parandada turbiinilehtede oxidatsiooni ja kuumakorrosiooni vastust, vähendada lehe temperatuuri ning pikendada lehtede teenindusaega. Alizadeh ja teised uurisid 0,2 mm paksuse kuumatise takistava kaardi termilist isolatsiooneffekti gaas-kuumuse numbriliselt simulatsiooniga. Tulemused näitasid, et lehe maksimaalne temperatuur vähendas end 19 K võrra ja keskmine temperatuur 34 K võrra. Prapamonthon ja teised uurisid turbulentsuse intensiivsuse mõju kuumalise takistuskaardi jälgitud lehe külmastamise efektsivusele. Tulemused näitasid, et kuumaline takistuskaart suurendab lehe pinnaga üldist külmastamise efektsivust 16%-st 20% niikuin ka 8% lehe tagajoonel. Zhu Jian ja teised loomasid ühepoolselt stabiilsena mudeli koostatud lehtedele termodynaamilise vaatepunktist ja analüüsides teoreetiliselt kuumalise takistuskaardi isolatsioonefekti. Shi Li ja teised tegid numbrilise uurimuse C3X-lehe kohta kuumalise takistuskaardiga. 0,3 mm keramikatihe võib vähendada lehe pinna temperatuuri 72,6 K võrra ja suurendada üldist külmastamise efektsivust 6,5%. Kuumaline takistuskaart ei mõjuta lehe pinnaga külmastamise efektsivuse jaotust. Zhou Hongru ja teised tegid numbrilise uurimuse turbiinilehe eespoolkohta kuumalise takistuskaardiga. Tulemused näitasid, et kuumaline takistuskaart võib mitte ainult vähendada metallilehe töötamis temperatuuri ja temperatuuri gradiendi lehedesse, vaid ka vastu seista sissetungi soojuspunktide kuumalisele šokile mingil määral. Yang Xiaoguang ja teised arvutasid juhendlehega kahemõõtmelise temperatuurivälja ja stressi kuumalise takistuskaardiga andes lehe sisse- ja välispuhaste segamiste. Wang Liping ja teised tegid kolmemõõtmelise gaasi-kuumuse sidusrühma analüüsi turbiinijuhtlehel kompleksseestkülmastamisstruktuuriga ja uurisid mõju kaardi paksusele ja gaasi radiatsioonile kaardi temperatuurivälja suhtes. Liu Jianhua ja teised analüüsidasid Mark II külmastamislehe kuumalise takistuskaardi termilist isolatsioonefekti mitmetasemelise kuumalise takistuskaardi siseseks seatud segamiste ja välimise gaasi-kuumuse sidurrühma.

1.Arvutusmeetod

1.1Arvutusmudel

Kuumaline takistekaal on asukohtlas kõrgtemperatuursete gaaside ja ratasplaatiala alliööri pinnase vahel ning see koosneb metallsest siduvastikust kiigist ja kuumalise isolatsiooniga keramikast kiigist. Selle põhiline struktuur on näidatud joonisel 1. Arvutusmudeli loomisel ignoreeritakse kuumalise takistekaalide struktuuri kõrgemate termikonduktiivsusega siduvakiigi, ja säilitatakse ainult madalamate termikonduktiivsusega termoisolatsioonikeramika kiig.

Kuju 2 näitab lehe mudelit pärast selle kattumist termilise barjääri kaasuga. Leht sisaldab mitme-kanalilist pöördejäätmete jälgimisstruktuuri, milles on ettepoolse osa juures kaks filmkülmuseks mõeldud avatust ning tagapoolse osa keskel sprittlik struktuur, samuti H-muutkujuline veeretruktuur lehe tippu. Termiline barjääri kaas on pandud ainult lehe keha ja alumise servakuju peale. Kuna lehe juure all olev temperatuur on madal ja see ei ole uurimise fookus, siis arvutusmudeli seadistamisel on ala juure all eemaldatud, et vähendada arvutuskaarte arvu, ning konstrueeritud arvutusala mudel, mis näidatakse kuju 3.

1.2Numbriline arvutusmeetod

Turbiini jäätisveereta jaoks on sisegeomeetria suhteliselt keeruline, seega on rakenud võrgustike kasutamine raske. Pärast struktureerimata võrgustike kasutamist tõuseb arvutusmahu oluliselt. Selles artiklis on kasutatud hulknurkse võrgustike genereerija veereti ja gaasi domeeni võrgustiku loomiseks. Võrgustiku jagamine, võrgustiku mudel on näidatud joonisel 4.

Arvutusmudelis on lämmastikkastrate paksus äärmiselt väike, vähem kui 1/10 veereteini paksusest. Seepärast kasutab see artikkel tippsaaste generaatorit, mis jagab lämmastikkastrati kolme kihte hulknurgaste prisma võrgustikeks. Tippsaaste kihtede arvu sõltumatus on kontrollitud ning tippsaaste kihtede arv mõjutab peaaegu täielikult veeretemperatuuri välja.

Voolude ala kasutab Reynolds' keskmiste Navier-Stokes'i vorrandite (RANS) turbulentsimudelis Reaaliseeritavat K-Epsilon Kahekihi mudelit. See mudel pakub suuremat paindlikkust kogu y+ seina võrgu töötlemisel. See oskab mitte ainult hästi käsitada täpsed võrgud (st madala Reynoldsi arvu tüüpi või madala y+ võrku), vaid ka optimaalselt käsitada keskmised võrgud (st 1＜y+＜30), mis võimaldab tõhusalt tasakaalustada stabiilsust, arvutuskulusid ja täpsust.

1.3Piirtingimused

Gaasi sissetulek on seatud kui üldine surve taimeliselt seisma kasutajaks, jaohiigi sissetulek on massivooli sissetulekuna ning väljund on seatud kui staatiline survemitteline väljund. Gaasikanali kaetise pind on seatud fluid-soliidse sidumise pinnaks, kaetis ja tera pind on seatud kujundina soliidse liidese ja kanali mõlemad pooled on seatud rotaatsiooniperioodina. Nii külm gaas kui ka gaas on ideaalsed gaasid, ja gaasi soojuskaptsentsus ning termikandlikkus on seatud Sutherlandi valemiga. Vastavate arvutuste piirtingimused on järgmised: peamise gaasikanali sissetuleku üldine surve on 2,5 MPa, sissetulekutehinguga radiaalne temperatuurigradiendi jaotus on näha joonestusest 5, külmagaasikanalis oleva külmagaasi sissetulekuvool on 45 g/s, kogu temperatuur on 540 ℃ ja väljundsurve on 0,9 MPa. Lepiku materjal on nikkelipõhine ühekristalline kõrgtemperatuuriline ligend, mille materjali termikandlikkus muutub temperatuuriga. Olemasolevate materjalidega võetakse tervisebarjäärimaterjalid tavaliselt kasutusele stabiilsete jääbiisioksidi (YSZ) materjalide või jääbiisioksidi (ZrO2) kujul, mille termikandlikkus ei muutu palju temperatuuriga, nii et arvutustes on see seatud 1,03 W/(m·K).

2 Analüüs arvutustulemustest

2.1 Lepiku pinnatemp

Jooned 6 ja 7 näitavad vastavalt mitmete paksustega kaetud tera lõike temperatuurijagunemist ning kaetuse paksuse suurenemise mõju tera lõigu metallpinnatempertuurile. Võib märkida, et kaetuse paksuse suurenemisega väheneb tera lõigu metallpinna temperatuur ja erinevate paksuste korral on tera lõigu metallpinnal temperatuurijoon elast sarnane – rõhku pinnas keskel on temperatuur madalam ning tipus kõrgem. Tera lõigu tipp on tavaliselt kogu tera lõigu hulgas raskesti jälgendav osa, kuna tipu ribadest ei pruugi jõuda otse külmakuule. Arvutusmudelis katvad ainult tera lõigu pinna, mitte aga tera lõigu tipp. Seega pole gaasi küljest tera lõigu tipule kujuvat soojusest takistusi ning tera lõigu tipu kõrge temperatuuri piirkond säilivad.

Kuva 8 näitab tera pinnatemperaaturi keskmise kõverit, mis muutub paksusega. Võib tõmmata järeldust, et tera pinnatemperaatur väheneb kaasaegu kiivapaksuse suurenemisega. See on seetõttu, et lämmastikkastrate termikaasitus on madal, mis suurendab termilist takistust kõrgelämmastiku ja metalli tera vahepeal, tõhusalt vähendades tera pinnatempertaaturet. Kui kiivapaksus on 0,05 mm, väheneb tera keha keskmine temperatuur 21 °C võrra, ja siis, kui lämmastikkastrate paksus suureneb, jätkub tera pinna temperatuuri vähendamist; kui kiivapaksus on 0,20 mm, väheneb tera keha keskmine temperatuur 49 °C võrra. See on põhiliselt kooskõlas termilise isolatsiooni mõjuga, mida Zhang Zhiqiang jt mõõdsid külmuse testimise abil.

Joonest 9 on kõver, mis näitab lehtruumi pindatemperaaturi muutust aksiaalse järgi pikkuse suunas. Joonest 9 võib järeldada, et erinevate teraalkateerimise mõjudega on temperatuuri muutumistrend aksiaalse järgi pikkuse suunas peaaegu sama, samas kui sissehingamispuhke temperatuur on oluliselt kõrgem vajutuspuhke temperatuuri võrreldes. Aksiaalse järgi pikkuse suunas väheneb vajutuspuhke ja sissehingamispuhke temperatuur esmalt ning seejärel tõuseb, mistõttu ilmneb teatav hõõgu alal波动, mis põhjustatakse lõhku keskel asuva jagatud-lõhe sprajdi külmendamise struktuuriga. Samal ajal langeb teraalkateerimisega kaetud lehe temperatuur oluliselt, samas kui sissehingamispuhke temperatuuri langus on oluliselt suurem vajutuspuhke ja sissehingamispuhke jaoks. Temperatuuri langus väheneb juhtlauast lõhku suunas ning mitmesugune on see, et lähemal lehe juhtlauale suurem on temperatuuri langus.

Laua metalli temperatuuri ühtlasus mõjutab laua termaalset stressitaseme, seega kasutab see artikkel temperatuuri ühtlasusindeksit, et hindada kiinte laua temperatuuri ühtlust. Temperatuuri ühtlasusindeks:

Kus: c on iga ühiku ruumala, T- on temperatuuri ruumalane keskmine, Tc on võrguühiku temperatuuriväärtus ja Vc on võrguühiku ruumala. Kui ruumaline temperatuuriväli jaguneb ühtlaselt, siis on ruumaline ühtlasusindeks 1. Nähtavalt joonistust 10 pärast nähtub, et termobaari kaubelisele puhkimise järel paraneb laua temperatuuri ühtlasus oluliselt. Kui kaubeli paksus on 0,2 mm, suureneb laua temperatuuri ühtlasusindeks 0,4%.

2.2 Kaubeli pinnatemperatuur

Kaatse pinnatemperatuuri muutus on näidatud joonisel 11. Joonest 11 selgub, et kaatse paksuuse suurenemise korral jätkub kaatse pinnatemperatuuri tõus, mis on täpselt vastandav bladipinna keskmise temperatuuri muutumistrendiga. Termikaatuse suureneva termilise takistuse tõttu suureneb kaatse pinna ja bladipinna vahel temperatuuri erinevus, ning aktsenteeritud kuumus pinnal muutub raskemaks edasi kiireda metallibladile. Kui kaatse paksus on 0,20 mm, jõuab kaatse sisemise ja välimise temperatuuri erinevus 86 °C.

2.3 Blaadi lõiktemperatuur

Joonestus 12 näitab tera ja tagamist läbimüügiga ning ilma termiliste takistuste kataberitega kaasnevaid temperatuurijagunemisi. Termilise takistuse katmise järel väheneb lõigus temperatuuri tugevalt ning temperatuuri gradienid märgatavalt nihkevad. Selle põhjuseks on see, et termilise takistuse rakendamisel väheneb takistuses olev kujuva jõudme tihedus. Samuti, kuna termilise takistuse materjal on madalate termiliste joonega, muutub temperatuur takistuse sees väga drastiliselt.

Võta meiega ühendust

Täname teie huvist meie ettevõtte vastu! Kui professionaalne gaasiturbiini komponentide tootja jätkame pühendunult tehnoloogilise innovatsiooni ja teenuste parandamisega, et pakuda klientidele üle maailma rohkem kvaliteetseid lahendusi. Kui teil on küsimusi, soovitusi või koostöö poolehoidu, oleme hea meelega valmis teid aidates. Palun võtke meiega ühendust järgmistel viisidel:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-post: [email protected]