Turbiiniperusteet - Turbiinin ja pilven jäähdytysteknologia

Aksiaalinen virtausputki-rakenne

Turbiini on pyörivä voimakone, joka muuntaa työaineen entalpian mekaaniseksi energiaksi. Se on yksi pääkomponenteista lentokonemotoreissa, kaasuputkeissa ja höyryturbiineissa. Energianmuunnos turbiinien ja kompressoreiden välillä sekä ilvion kanssa tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä. Kompressorin käynnistyessä se kuluttaa mekaanista energiaa, ja ilvion kuljetessaan läpi kompressoorin se saa mekaanista energiaa, mikä johtaa paineen ja entalpian kasvuun. Turbiinin käynnistyessä turbiininsännöstä toimitetaan pyörivää työtä. Osaa pyörivästä työstä käytetään ohihymennyksen voimistamiseen ja liitännäisten ajaminen, ja loput kerätään kompressoriin.

Tässä keskitytään vain aksoaalisoihin turbomiiniin. Kaasuturbokoneen turbomiini koostuu yleensä useista vaiheista, mutta statoori (suuntailupiiri tai opas) sijaitsee kierrettyjen impellerin edessä. Turboparturin vaiheen säiliökanava on supistuva, ja polttokameroonista tuleva korkean lämpötilan ja korkean paineen kaasu laajenee ja kiihdyttää siinä, kun turbiini tuottaa mekaanista työtä.

Turbiinisäiliön ulkoisen pintan pinnan lämpösiirtotunnus

Kaasu- ja säiliöpinnan välinen konvektiivinen lämpösiirtokertoimen lasketaan käyttämällä Newtonin jäähdytyskaavaa.

Paine- ja imivirran pinnille keskushoitovelvollisuus on suurin lätäisrannikolla. Kun tasaisen virtauskerroksen paksuus vähitellen kasvaa, keskushoitovelvollisuus laskee vähitellen; siirtopisteessä keskushoitovelvollisuus nousee yhtäkkiä; siirtyneiden raskean virtauskerroksen jälkeen viskoosinen alikerros vähitellen paksenee ja keskushoitovelvollisuus laskee vähitellen. Imivirran pinnalle mahdollinen virtaus irtoaminen takapuolella aiheuttaa keskushoitovelvollisuuden hieman nousua.

Tunnelmahdollisuus

Impingement-hyvinne on käyttää yhtä tai useampaa kylmän ilmanvirtaa, jotka osuvat kuumaan pintaan, muodostaen vahvan konvektiivisen lämpösiirron kyseisessä vaikutusalueessa. Impingement-hyvinneen ominaisuus on se, että kylmän ilmastovirran osuessa on korkea lämpösiirtokertoimen arvo epätasapaino-alueen seinän pinnalla, joten tämä hyvinnekeino voidaan käyttää keskittynyt hyvinne pinnalle.

Turbiiniselän etupään sisäpinnan impingement-hyvinne on rajoitettu tila impingement-hyvinnelle, ja virtaus (kylmä ilmavirta) ei voi sekoittua vapaasti ympäröivään ilmaan. Seuraava esittelee yksiporoinen tason kohteen impingement-hyvinne, mikä on perusta tutkia impingement-virtauksen ja lämpösiirron vaikutusta.

Yhden reikän pystysuuntaisen vaikutustason virtaus on kuvattu yllä olevassa kuvassa. Tasoittainen kohde on tarpeeksi suuri ja se ei kaannu, eikä sen pinnalla ole muita risteleviä virtauksia. Kun suupienin etäisyys kohteen pintaa ei ole liian lähellä, osa virtausavaimen virtauksesta voidaan pitää vapaana virtauksena, eli ytimenä ( ⅰ ) ja perusosiona ( ⅱ ) kuvassa. Kun virtaus lähestyy kohteen pintaa, virtauksen ulkorajaviiva alkaa muuttua suorasta viivasta käyräksi, ja virtaus siirtyy kaantymisalueelle ( ⅲ ), jota kutsutaan myös pysähtymisalueeksi. Pysähtymisalueella virtaus valmistautuu siirtymään kohteen pintaa vasten suuntautuneesta virtauksesta kohteen pintaan suuntautuneeksi virtaukseksi. Kun virtaus on suorittanut 90 ° kun se kääntyy, se siirtyy seuraavan osion seinäsuihkuzoneen (IV). Seinäsuihkuzoneessa virta kulkee kohti kohdepintaa suuntautuneesti, ja sen ulompi raja pysyy suorana viivana. Seinän lähellä on erittäin ohut laminarinen reunakerros. Suihku vie mukanaan suurta määrää kylmää ilmaa, ja sen saapumisnopeus on erittäin korkea. Tyynnyrikyvyttömyys keskitysalueessa on myös hyvin suuri, joten vaikutusjäähdyksen lämpövaihtokertoimen on oltava erittäin korkea.

Konvektiojäähdytys

(1) Sädekohtainen suora jäähdytyskanava läpinäkijän sisällä

Jäähdytysilma virtaa suoraan ohjaussiiven sisätilassa radiaalisessa suunnassa, ja se viedään lämpöä konvektiivisen lämpövaihdon avulla alentamaan siiven lämpötilaa. Kuitenkin tietyllä määrällä jäähdytysilmaa tämän menetelmän konvektiivinen lämpövaihtokerroin on matala, ja jäähdytystulos on rajoitettu.

(2) Useita jäähdytyskanavia siiven sisällä (monikanavainen suunnitelma)

Monihihdasjärjestelmä lisää ei vain kaasuvirtauskertoimen välityksen kalvoturbiinin sisäpintaan ja kylmään ilmaan, vaan se myös kasvattaa yhteistä lämpövaihto-alueen kokoa, parantaa sisäistä virtausta ja lämpövaihtoaikaa sekä on tehokas käyttämään kylmää ilmakehää. Kylmän ilmavirtauksen jakauman avulla voidaan parantaa jäähdytystulosta. tietenkin monihihdasjärjestelmällä on myös haittoja. Pitkät jäähdytysilmavirtausmatkat, pieni virtausala ja useat ilmavirtaisten kuljet lisäävät virtausvastustetta. Tämä monimutkainen rakenne vaikeuttaa myös prosessin käsittelyä ja nostaa kustannuksia.

（3）Kangasrakenne vahvistaa vakuvirtauskerrointa ja häijytyssarakylmänpinnan jäähdyttämistä

Jokainen kalvo rakenteessa toimii virtaus häiriöalkiona, joka aiheuttaa vedeen irrotuksen rajaustasosta ja vorton muodostumisen eri voimakkuuksilla ja kokoilla. Nämä vortit muuttavat veden virtausrakennetta, ja lämmön siirtymisprosessi paranee huomattavasti veden houkuttelemisen kasvun ansiosta lähirakentaisalueella sekä jaksollisen massavaihdon vuoksi suurten vorttien ja päävirtauksen välillä.

Spoiler-sarjan jäähdytys tapahtuu useiden rivien sylinterimuotoisten kalvojen asettamisen avulla tietynlaisesti sisäiseen jäähdytyskanavaan. Nämä sylinterimuotoiset kalvot lisäävät ei vain lämpövaihto-alueen kokoa, vaan myös aiheuttavat keskinäistä sekoittumista eri alueiden kylmän ilman välillä virtaus häiriön takia, mikä voi merkittävästi parantaa lämpösiirtymisen tehokkuutta.

Elokuulujäähdytys

Ilmaelokuvan jäähdytys tarkoittaa kylmän ilman puhaltamista reikien tai aukkojen kautta kuumaan pintaan ja kylmän ilmaelokuvan muodostamista kuuman pintaa vasten estääkseen kuuman kaasun lämpötilan siirtymisen kiinteään seinään. Koska kylmä ilmaelokuva estää pääilvotyönnön ja työpinnan kosketuksen, se saavuttaa lämmönesteiden ja korroosion estämisen, joten joissakin julkaisuissa tästä jäähdytystavasta puhutaan myös estejäähdytyksenä.

Elokuva-jäähdytysnozzlet ovat yleensä pyöreitä aukkoja tai pyöreiden aukeiden rivejä, ja joskus ne tehdään kahden-ulotteisiksi reikiäksi. Todellisissa jäähdytysrakenteissa nozzle ja jäähdyttävä pinta ovat usein toisiinsa nähden tietyllä kulmalla.

1990-luvun suuri määrä tutkimuksia sylinterimuotoisista aukioista osoitti, että puuska-kerroin (jetin tiheän virtauksen suhde päävirtaan) vaikuttaa merkittävästi adiabaatiseen elokahvien kiehitysefektiin yhdessä rivissä olevilla sylinterimuotoisilla aukioilla. Kun kylmäilmajetti tulee pääosaksi korkean lämpötilan kaasualueelle, se muodostaa pari eteen- ja taaksepäin pyörivää virtasarkkia, jotka tunnetaan myös renkaavirtasarkkiparina. Kun puuskavirta on suhteellisen korkea, eteenpäin pyörivien sarkkien lisäksi ulospääsyvirta muodostaa myös vastapäivään pyöriviä sarkkeja. Tämä vastapäivään pyörivä sarkki rankaisee päävirtaan kuuluvaa korkean lämpötilan kaasua ja vie sen lätteen kulkualueelle, mikä vähentää elokahvien kiehitysefektiä.