Turbinatér – Turbinakesztyű és -hűtés technológiája

Axialis áramlású turbinaszerkezet

A turbinasz a forgási erőgép, amely egy munkaanyag entalpiáját alakítja át mechanikai energiává. Ez egyik fő összetevője repülőgép-motoroknak, gáz- és páraturbínáknak. A turbina és a tömörítő közötti energiaátvitel ellentétes eljárás szerint zajlik az légifolyással szemben. A tömörítő működése során mechanikai energiát fogyaszt, miközben a légfolyam mechanikai energiát nyer, amikor áthalad a tömörítőn keresztül, növekvének a nyomás és az entalpia. Amikor a turbinasz működik, a turbinatengelyről származó tengelymunka jelenik meg. Részlete a tengelymunkából felhasználva az üreges anyagok súrlódásának ellenállására és az alkatrészek meghajtására, míg a többi rész a tömörítő által fel van véve.

Itt csak az axiális áramlású turbinákról lesz szó. A gázturbinamotorban lévő turbinát általában több szintből építik fel, de a statort (szárnyvonalatós vagy útmutató elem) a forgó szárnya elé helyezik. A turbinaszint szárnycsatornája konvergense, és a fürdőből érkező magas hőmérsékletű és magas nyomású gáz bővül és gyorsul benne, miközben a turbinától mechanikai munka jut.

A turbinaszárny outer felszínének hőátviteli tulajdonságai

A gáz és a szárnyfelszín közötti konvektív hőátviteli együtthatót a Newton-egyeztetési képlet segítségével számítjuk ki.

A nyomásfelület és a sugárfelület esetében a konvektív hőátviteli együttható a legnagyobb a lógtételen. Ahogy a lamináris határréteg fokozatosan vastagodik, a konvektív hőátviteli együttható fokozatosan csökken; a átmeneti ponton a konvektív hőátviteli együttható váratlanul növekszik; az átmenet után a turbulens határrétegbe, ahogy a viszkozuságos alsó réteg fokozatosan vastagodik, a konvektív hőátviteli együttható fokozatosan csökken. A sugárfelület esetében a hátsó szakaszban lehetséges a folyadék elválása, ami okozza a konvektív hőátviteli együttható kisebb emelkedését.

Sokk hűtés

Az impulzus-hűtés egy vagy több hideg légfolyamot használ annak érdekében, hogy megütközzen a forró felülettel, és erős konvektív hőátvitelt okozzon az ütközési területen. Az impulzus-hűtés jellemzője, hogy a hideg légfolyam által érintett tartózkodási terület fal felületein magas hőátadási együtthatót mutat, ezért ezt a hűtési módszert fókuszált hűtésre használhatjuk a felülethez.

A turbinaszárnyelék élének belső felületének impulzus-hűtése korlátozott térbeli impulzus-hűtés, ahol a szivattyú (hideg légfolyam) nem keveredhet szabadon a környező levegővel. A következőkben bemutatjuk egy lyukas síkfelületű célfelület impulzus-hűtését, amely az impulzus-folyamatok és a hőátvitel hatásainak tanulmányozásának alapja.

A fenti ábrán látható egy egyreszes függőleges ütési síkbeli célpont áramlása. A síkbeli célpont elég nagy, nemforgó, és nincs más kerethárító folyadék a felületén. Amikor a szivattyú és a célfelület közötti távolság nem túl közel van, a szivattyú kijárásának egy részét szabad szivattyúnak tekinthetjük, azaz a magsszakasz ( ⅰ ) és az alapszakasz ( ⅱ ) az ábrán. Amikor a szivattyú közeledik a célfelülethez, a szivattyú külső határvonala kezd változni egyenesből görbévé, és a szivattyú a fordulási zónába lép ( ⅲ ), amit ágyúzónának is neveznek. Az ágyúzónában a szivattyú átmenetet tesz el a célfelületre merőleges áramlástól a célfelülettel párhuzamos áramlásra. Amikor a szivattyú befejezte a 90 ° fordul, és belép a fal-i vízjét-zónájába (IV) a következő szakaszban. A fal-i vízjét-zónában a folyadék párhuzamosan téridőzik a célfelülettel, és az outer határ egyenes marad. A fal mellett van egy extrémán vékony laminer határérfészek. A vízjét hordozza magával a nagy mennyiségű hideg levegőt, és a megérkezési sebesség nagyon magas. A tartós zónában lévő turbulencia is nagyon nagy, így az ütközéses hűtés hőátviteli együtthatója nagyon magas.

Konvektív Hűtés

（1）A lapban lévő sugárszerű közvetlen hűtési csatorna

A hűtő levegő közvetlenül áramlik a tápegység belső űrén keresztül a sugárszerű irányban, konvektív hőátviteli úton felveve a hőt, hogy csökkentse a lap testhőmérsékletét. Azonban bizonyos hűtő levegőmennyiség feltételei mellett ez a módszer alacsony konvektív hőátviteli együtthatójú és korlátozott a hűtő hatásban.

(2) Több hűtési csatorna a lapban (többszörös űr tervezés)

A többhelyes tervezés nemcsak növeli a hőátviteli együtthatót a hideg lég és a turbinaszárny élőfelszínének között, hanem növeli a teljes hőcserélő területet, növeli az belső áramlást és a hőcserét időtartamát, valamint magas hideg léghasznosítási arányt mutat. A hideg légáramlat ésszerű elosztásával javítható a hűtési hatás. Természetesen a többhelyes tervezésnek is vannak hátrányai. Azért miatt, hogy hosszabb a hűtőleg körülforgás távolsága, kisebb a körülforgás területe és többször fordul át az légáramlat, növekszik az áramlási ellenállás. Ez a bonyolult szerkezet növeli a feldolgozási folyamat nehézségét és emelkedik a költség.

（3）Daru szerkezet növeli a konvektív hőátvitelt és spoiler oszlop hűtést

A gerincszerkezet minden egyes gerince a folyadék áramlását zavaró elemként működik, ami miatt a folyadék elválasztódik a határérfőről, és különböző erősségű és méretű vízivörök alakulnak ki. Ezek a vízivörök megváltoztatják a folyadék áramlási szerkezetét, és jelentősen növelik a hőátviteli folyamatot a folyadék turbulenciájának növekedése miatt a fal mellett, valamint a nagyobb vízivörök és az áramlás fő része közötti időszakos tömegcserének köszönhetően.

A spoiler oszlop hűtése több soros henger alakú gerinc elhelyezésére számít a belső hűtőcsatornában bizonyos módon. Ezek a henger alakú gerincsorok nemcsak növelik a hőcseréért felelős területet, hanem növelik a különböző régiók közötti hideg légók egymásba keveredését az áramlás zavarásának köszönhetően, ami jelentősen növeli a hőátviteli hatékonyságot.

Film hűtés

Az légfilm hűtés arra szolgál, hogy hideg levegőt fújjon ki a forró felület lyukjaiból vagy résegeiből, és egy hideg légszintet hoz létre a forró felületen, amely megakadályozza a forróságát a forró gázok által a szilárd falnak. Mivel a hideg légszín blokkolja az elsődleges szivattyú és a munka felületének a kapcsolatát, ezért elérhető a hőszigetelés és a rosszindulat elleni védelem, ezért bizonyos irodalomban ezt a hűtési módszert akadályhűtésnek is nevezik.

A filmhűtési szórócsövek általában kör alakú lyukak vagy kör alakú lyukas sorok, de néha kétdimenziós csatornákba is alakítják őket. A valós hűtési szerkezetekben általánosan van egy bizonyos szög a szórócsöv és a hűtendő felület között.

A 90-es években végzett számos tanulmány a hengerv alakú lyukakkal kapcsolatban arra vonatkozóan, hogy a fúvó arány (a röpke áramlás és a főáramlás sűrűségének aránya) jelentősen befolyásolja az egyetlen soros hengerv alakú lyukakkal való adiabatikus filmtartós hűtés hatékonyságát. Amikor a hideg levegő áramlása belép a főáram magas hőmérsékletű gázterületébe, egy forduló és fordított forgó víziviharpár, más néven gyomér alakú víziviharpár képződik. Ha a fúvó légrelvezetés viszonylag magas, akkor a fordított víziviharok mellett a kifolyó áramlat is fordított forgást végez. Ez a fordított vízivihar a főáram magas hőmérsékletű gázát fogja el, és a lapátátmenet hátsó éléhez viszi, így csökkenti a filmtartós hűtés hatékonyságát.