टर्बाइन के मूलभूत - टर्बाइन और ब्लेड को ठंडा करने की प्रौद्योगिकी

अक्सियल प्रवाह टर्बाइन संरचना

एक टर्बाइन एक घूर्णी शक्ति मशीन है जो कार्य करने वाले तरल की एन्थैल्पी को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। यह विमान इंजन, गैस टर्बाइन और भाप टर्बाइन का मुख्य घटक है। टर्बाइन और कम्प्रेसर और हवा प्रवाह के बीच ऊर्जा परिवर्तन की प्रक्रिया विपरीत होती है। कम्प्रेसर चलते समय यांत्रिक ऊर्जा का उपभोग करता है, और हवा प्रवाह को यांत्रिक ऊर्जा प्राप्त होती है जब यह कम्प्रेसर से गुजरती है, और दबाव और एन्थैल्पी बढ़ते हैं। जब टर्बाइन चलती है, तो टर्बाइन अक्ष से अक्ष कार्य निकलता है। अक्ष कार्य का एक हिस्सा बेयरिंग पर घर्षण को दूर करने और अन्य सहायक उपकरणों को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है, और शेष कम्प्रेसर द्वारा अवशोषित किया जाता है।

यहां केवल अक्षीय प्रवाह टर्बाइनों का विवेचन किया गया है। गैस टर्बाइन इंजन में टर्बाइन में आमतौर पर कई स्तर होते हैं, लेकिन स्टेटर (नाज़ल छल्ला या गाइड) घूर्णन वाले अपने सामने स्थित होता है। टर्बाइन घटक स्तर के ब्लेड चैनल अभिसारी होते हैं, और दहन कक्ष से आने वाली उच्च-तापमान और उच्च-दबाव गैस इसमें विस्तारित होती है और गति में वृद्धि करती है, जबकि टर्बाइन यांत्रिक कार्य देती है।

टर्बाइन ब्लेड की बाहरी सतह के ऊष्मा विनिमय विशेषताएं

गैस और ब्लेड सतह के बीच आवर्ती ऊष्मा विनिमय गुणांक की गणना न्यूटन कühlungsformel का उपयोग करके की जाती है।

दबाव सतह और चूसने वाली सतह के लिए, आर्द्रक ऊष्मा अपचार गुणांक पंखे के सबसे आगे वाले हिस्से पर सबसे अधिक होता है। जैसे-जैसे लैमिनर सीमा परत धीरे-धीरे मोटी होती है, आर्द्रक ऊष्मा अपचार गुणांक धीरे-धीरे कम होता है; ट्रांजिशन बिंदु पर, आर्द्रक ऊष्मा अपचार गुणांक अचानक बढ़ता है; ट्रांजिशन के बाद उथली सीमा परत में, जैसे-जैसे चिपचिपी निचली परत धीरे-धीरे मोटी होती है, आर्द्रक ऊष्मा अपचार गुणांक धीरे-धीरे कम होता है। चूसने वाली सतह के लिए, पीछे के खंड में हो सकने वाली धारा वियोजन से आर्द्रक ऊष्मा अपचार गुणांक थोड़ा बढ़ सकता है।

शॉक कूलिंग

इम्पिंगमेंट कूलिंग एक या अधिक ठंडे हवा की धार का उपयोग करके गर्म सतह पर प्रभाव डालना है, जिससे प्रभावित क्षेत्र में मजबूत संवहन ऊष्मा ट्रांसफर बनता है। इम्पिंगमेंट कूलिंग की विशेषता यह है कि ठंडी हवा की धारा प्रभावित होने वाले क्षेत्र (स्टैग्नेशन क्षेत्र) की दीवार सतह पर ऊँचा ऊष्मा ट्रांसफर गुणांक होता है, इसलिए यह कूलिंग विधि सतह के लिए फोकस किए गए कूलिंग के लिए इस्तेमाल की जा सकती है।

टर्बाइन ब्लेड के अग्र भाग की आंतरिक सतह की इम्पिंगमेंट कूलिंग एक सीमित स्थान इम्पिंगमेंट कूलिंग है, और धार (ठंडी हवा की धारा) घेरे हुए हवा के साथ स्वतंत्र रूप से मिश्रण नहीं कर सकती है। निम्नलिखित में एकल-छेद तल लक्ष्य की इम्पिंगमेंट कूलिंग का परिचय दिया गया है, जो इम्पिंगमेंट प्रवाह और ऊष्मा ट्रांसफर के प्रभाव का अध्ययन करने का आधार है।

एक छेद वाले ऊर्ध्वाधर प्रभाव विमान लक्ष्य का प्रवाह ऊपर के चित्र में दिखाया गया है। विमान लक्ष्य पर्याप्त बड़ा है और इसमें कोई घूर्णन नहीं है, और सतह पर कोई अन्य क्रॉस-फ्लो तरल नहीं है। जब नोजल और लक्ष्य सतह के बीच की दूरी बहुत करीब नहीं है, तो जेट आउटलेट के एक खंड को मुक्त जेट माना जा सकता है, अर्थात् कोर खंड ( ⅰ ) और आधार खंड ( ⅱ ) में चित्रित है। जब जेट लक्ष्य सतह के निकट आता है, तो जेट की बाहरी सीमा रेखा एक सीधी रेखा से एक वक्र में बदलना शुरू हो जाती है, और जेट मोड़ क्षेत्र में प्रवेश करता है ( ⅲ ), जिसे ठहराव क्षेत्र भी कहा जाता है। ठहराव क्षेत्र में, जेट लक्ष्य सतह के लंबवत प्रवाह से लक्ष्य सतह के समानांतर प्रवाह में संक्रमण पूरा करता है। जेट 90 पूरा करने के बाद ° जब यह मोड़ता है, तो यह अगले खंड का दीवार प्रवाह क्षेत्र (IV) में प्रवेश करता है। दीवार प्रवाह क्षेत्र में, द्रव लक्ष्य सतह के समानांतर प्रवाहित होता है, और इसकी बाहरी सीमा एक सीधी रेखा के रूप में बनी रहती है। दीवार के पास एक बहुत ही पतली लैमिनर सीमा परत होती है। जेट ठंडे हवा की बहुत बड़ी मात्रा को साथ लाता है, और इसकी आगमन गति बहुत उच्च होती है। स्थिरता क्षेत्र में उथल-पुथल भी बहुत बड़ी होती है, इसलिए प्रभावी शीतलन के ऊष्मा अद्यतन गुणांक बहुत उच्च होते हैं।

संवहन शीतलन

（1）पंखे के अंदर का वृत्ताकार सीधा शीतलन चैनल

शीतलन हवा निर्देशक पंखे के अंत: अंतराल में वृत्ताकार दिशा में सीधे प्रवाहित होती है, संवहन ऊष्मा अद्यतन के माध्यम से ऊष्मा अवशोषित करती है ताकि पंखे के शरीर का तापमान कम हो। हालांकि, निश्चित शीतलन हवा की मात्रा की स्थिति में, इस विधि का संवहन ऊष्मा अद्यतन गुणांक कम होता है और शीतलन प्रभाव सीमित होता है।

(2) पंखे के अंदर कई शीतलन चैनल (बहु-अंतराल डिजाइन)

बहु-गुहा डिजाइन न केवल ठंडे हवा और टर्बाइन ब्लेड की आंतरिक सतह के बीच उष्मा-अपशिष्ट प्रवाह गुणांक को बढ़ाता है, बल्कि कुल उष्मा-अपशिष्ट क्षेत्र को भी बढ़ाता है, अंतर्गत प्रवाह और उष्मा-अपशिष्ट समय को बढ़ाता है, और उच्च ठंडी हवा का उपयोग करता है। ठंडी हवा प्रवाह को सटीक रूप से वितरित करके शीतलन असर में सुधार किया जा सकता है। बहु-गुहा डिजाइन में भी दोष होते हैं। ठंडी हवा की घूमावदार दूरी, छोटा घूमावदार क्षेत्र, और हवा के प्रवाह के कई मोड़ के कारण प्रवाह प्रतिरोध बढ़ जाता है। यह जटिल संरचना प्रक्रिया विकसित करने की कठिनाई को भी बढ़ाती है और लागत को अधिक कर देती है।

（3）खंभे की संरचना उष्मा-अपशिष्ट प्रवाह को बढ़ाती है और स्पोइलर कॉलम शीतलन को मजबूत बनाती है

रिब संरचना में प्रत्येक रिब एक प्रवाह व्याजक तत्व के रूप में काम करता है, जिससे पदार्थ को सीमा परत से अलग करके विभिन्न ताकतों और आकारों के साथ घूर्णियाँ बनाई जाती है। ये घूर्णियाँ पदार्थ की प्रवाह संरचना को बदलती हैं, और पास के दीवार क्षेत्र में पदार्थ की उथल-बुथल में वृद्धि के माध्यम से ताप विनिमय प्रक्रिया में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है, और बड़ी घूर्णियों और मुख्य प्रवाह के बीच अवधिक द्रव्यमान विनिमय होता है।

स्पोइलर कॉलम को ठंडा करने के लिए अंतर्गत ठंडा करने वाले चैनल के अंदर एक निश्चित तरीके से कई पंक्तियों के बेलनाकार रिब व्यवस्थित किए जाते हैं। ये बेलनाकार रिब न केवल ताप विनिमय क्षेत्र को बढ़ाते हैं, बल्कि प्रवाह के व्याजक के कारण विभिन्न क्षेत्रों में ठंडे हवा के मध्य में सह-मिश्रण को भी बढ़ाते हैं, जिससे ताप विनिमय प्रभाव में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।

फिल्म कूलिंग

एयर फिल्म कूलिंग होती है जब गरम सतह के छेदों या खासों से ठंडे हवा को बाहर निकाला जाता है और गरम सतह पर एक ठंडे हवा की फिल्म का गठन होता है जो ठोस दीवार को गर्म गैस से गरमी से रोकती है। चूंकि ठंडी हवा की फिल्म मुख्य हवाओं और कार्यात्मक सतह के बीच की स्पर्शरेखा को रोकती है, इसलिए यह ऊष्णिष्ट और संक्षारण से बचने का उद्देश्य पूरा करती है, इसलिए कुछ साहित्य में इसे बारियर कूलिंग कहा जाता है।

फिल्म कूलिंग के नाइज़ल्स आमतौर पर गोल छेद या गोल छेदों की पंक्तियाँ होते हैं, और कभी-कभी वे दो-आयामी छेदों में बनाए जाते हैं। वास्तविक कूलिंग संरचनाओं में, नाइज़ल और ठंडी सतह के बीच आमतौर पर एक निश्चित कोण होता है।

1990 के दशक में सिलेंड्रिकल होल्स पर कई अध्ययनों से पता चला कि ब्लोइंग रेशियो (जैट की घनत्वपूर्ण प्रवाह की मुख्य धारा से अनुपात) एकल पंक्ति के सिलेंड्रिकल होल्स के अडाइएबैटिक फिल्म कूलिंग प्रभाव पर महत्वपूर्ण रूप से प्रभाव डालता है। जब ठंडे हवा का जैट मुख्य धारा के उच्च-तापमान गैस क्षेत्र में प्रवेश करता है, तो यह आगे और पीछे की ओर घूमने वाले वोर्टेक्स पेयर का निर्माण करता है, जिसे 'किडनी-शेप्ड वोर्टेक्स पेयर' भी कहा जाता है। जब ब्लोइंग हवा काफी अधिक होती है, तो आगे की वोर्टेक्स के अलावा, बाहरी प्रवाह विपरीत दिशा में घूमने वाले वोर्टेक्स का भी निर्माण करता है। यह विपरीत वोर्टेक्स मुख्य धारा से उच्च-तापमान गैस को पकड़कर ब्लेड पासेज के पीछे की ओर ले जाता है, जिससे फिल्म कूलिंग प्रभाव कम हो जाता है।