Turbinu pamati - turbīnas un loksnes dzesēšanas tehnoloģija

Aksiālā straumes turbīnas struktūra

Turbīna ir rotējošs jaudas radītājs, kas pārvērš darbības vielas entalpiju par mehānisko enerģiju. Tas ir viens no galvenajiem komponentiem aviācijas motoros, gāzu turbīnās un dzimuma turbīnās. Starp turbīnām un kompresoriem, kā arī gaisa plūsmu, notiek pretēja enerģijas pārvēršana. Kompresors patērē mehānisko enerģiju, kamēr tas darbojas, un gaisa plūsma iegūst mehānisko enerģiju, plūstot cauri kompresoram, un pieaug spiediens un entalpija. Kad turbīna darbojas, no tās ass tiek izvadīts ass darbs. Daļa no ass darba tiek izmantota, lai pārvarētu šķiedras friksiju un vadītu papildinājumus, savukārt pārējā daļa tiek apgūta kompresoram.

Šeit tiek apspriesti tikai ass virziena turbīnu. Gāzes turbīnas motora turbīna parasti sastāv no vairākiem posmiem, bet statiskais elements (gaitenes riņķis vai vadītājs) atrodas priekšā rotējošajam ventilatoram. Turbīnas elementa posma loksnes kanāls ir konverģents, un gāze no degšanas kameras ar augstu temperatūru un spiedienu tajā paplašinās un paātrinās, savukārt turbīna izdod mehānisko darbu.

Turbīnas loksnes ārējās virsmas šķietmateriālu pārvadājuma īpašības

Gāzes un loksnes virsmas starpā esošais konvektīvais šķietmateriālu pārvadājuma koeficients tiek aprēķināts, izmantojot Netona dzesēšanas formulu.

Ķermenis un sukcijas virsma: konvektīvā siltummainības koeficients ir augstākais lopas priekšējā malā. Kad laminārā robežslāne pakāpeniski satiecas, konvektīvā siltummainības koeficients pakāpeniski samazinās; pārejas punktā konvektīvā siltummainības koeficients negaidīti pieaug; pēc pārejas uz turbulentu robežslāni, kamēr vismazākajā slānī pakāpeniski satiekas, konvektīvā siltummainības koeficients pakāpeniski samazinās. Sūciena virsmas gadījumā iespējamā plūsmas atdalīšanās no aizmugures daļas var izraisīt konvektīvā siltummainības koeficienta mazāku pieaugumu.

Šokolaides dzesēšana

Impulsa dzesēšana ir metode, kad viens vai vairāki aukstas gaisa straumes iedarbojas uz karsto virsmu, veidojot stipru konvekcijas šķietspāra pārvadājumu iedarbības zonā. Impulsa dzesēšanas raksturs ir tāds, ka uz sienas virsmas stagnācijas zonā, kur aukstais gaisa plūsma iedarbojas, ir augsts šķietspāra pārvadājuma koeficients, tāpēc šo dzesēšanas metodi var izmantot, lai pielāgotu fokusētu dzesēšanu virsmai.

Turbīnas loksnes priekšējā malas iekšējās virsmas impulsa dzesēšana ir ierobežota telpa impulsa dzesēšana, un šķirtne (aukstais gaisa plūsma) nevar brīvi sajaukties ar apkārtējo gaisu. Tālāk tiek aprakstīta viena cauruma plaknē esošā mērķa impulsa dzesēšana, kas ir pamats pētījumiem par impulsa plūsmas un šķietspāra ietekmi.

Virsrakstā parādīta vienatnes vertikālās impakta plaknes mērķa straume. Plakne ir pietiekami liela, neizrāda rotāciju, un uz virsmas nav citu kruststrāvas šķidruma. Kad attālums starp spraudzi un mērķa virsmu nav pārāk tuvu, var uzskatīt, ka daļa no šķidruma izvades ir brīva šķidrums, proti, kodolu sastāvdaļa ( ⅰ ) un pamata sastāvdaļa ( ⅱ ). Kad šķidrums tuvojas mērķa virsmai, šķidruma ārējā robežlīnija sāk mainīties no taisnes uz loku, un šķidrums iekļūst līdzības zonā ( ⅲ ), kas arī saucama par stagnācijas zonu. Stagnācijas zonā šķidrums pabeidz pāreju no perpendikulāras plakanai virsmai straumes uz paralēlu plakanai virsmai straumi. Pēc tam, kad šķidrums pabeidz 90 ° pagrieziena laikā tas ienāk sienas straumes zonā (IV) nākamajā sekcijā. Sienas straumes zonā dzimums plūst paralēli mērķa virsmai, un tās ārējā robeža paliek taisna līnija. Tuvu sienai atrodas ļoti smalks lamineris robežslānis. Strāujs nesauc lielu daudzumu kalnas gaisa, un tās nonākšanas ātrums ir ļoti augsts. Stagnācijas zonā arī turbulence ir ļoti liela, tāpēc impakta dzesēšanas šķietamo karstu pārvades koeficients ir ļoti augsts.

Konvekcijas dzesēšana

(1) Rādiālais tiešais dzesēšanas kanāls loksniņas iekšpusē

Dzesējošais gaisma tiek tieši cauri vadlodes iekšējai dutijai rādiālajā virzienā, saņemot karu no konvekcijas karstu pārvades, lai samazinātu loksnes ķermeņa temperatūru. Tomēr, noteiktā dzesējošā gaisa daudzuma apstākļos, šī metodes konvekcijas karstu pārvades koeficients ir zems un dzesēšanas efekts ir ierobežots.

(2) Vairāki dzesēšanas kanāli loksniņas iekšpusē (daudzkameru dizains)

Dažkameru dizains ne tikai palielina konvektīvo šķēluma pārvadājamo koeficientu starp dzidrajām gaisiem un turbinas loksnes iekšējo virsmu, bet arī palielina kopējo šķēlumu vietu, palielina iekšējo plūsmu un šķēlumu laiku, kā arī ir augsts dzidrajām gaisiem izmantošanas līmenis. Rahotājs var uzlabot dzesēšanas efektivitāti, racionāli sadalot dzidrās gaisa plūsmas. Protams, dažkameru dizains arī ir nepatikšanas. Dēļ garākas dzesēšanas gaisa cirkulācijas attāluma, mazākas cirkulācijas platības un vairākiem gaisa plūsmu pagriezieniem, plūsmas pretestība palielinās. Šī sarežģītā struktūra arī palielina tehnoloģisko apstrādes grūtības un padara maksu augstāku.

（3）Kostriņu struktūra palielina konvektīvo šķēlumu un spoiler kolonnas dzesēšanu

Katrs svira struktūras elements darbojas kā plūsmas perturbācijas elements, izraisot šķīduma atkāpšanos no robežslāņa un vortiķu veidošanos ar dažādu spēku un izmēru. Šie vortiķi maina šķīduma plūsmas struktūru, un siltummainības process tiek nozīmīgi uzlabots, palielinot šķīduma turbulentumu blakus sienai un periodisku masu apmaiņu starp lielajiem vortiķiem un galveno plūsmu.

Spoiler kolonnas dzesēšana ietver vairāku rindu cilindrisku svirnu iekšējā dzesēšanas kanālā noteiktā veidā. Šīs cilindriskās svirnas ne tikai palielina siltummainības laukumu, bet arī palielina dažādu reģionu aukstā gaisa savstarpējo maiņu, kas izraisīta plūsmas perturbācijām, kas var nozīmīgi palielināt siltummainības efektivitāti.

Filma dzesēšana

Gaisa filmas dzesēšana ir procesa veids, kurā no caurulēm vai telpām uz karstās virsmas izplūst aukstais gaisa un veidojas aukstas gaisa films uz karstās virsmas, bloķējot karstgaze saskarus ar cieto sieni. Tā kā aukstais gaisa filss bloķē galvenās gaisa straumes un darbvirsmas kontaktu, tas sasniedz izolācijas un korozijas novēršanas mērķi, tāpēc dažās literatūras avotos šo dzesēšanas metodi arī sauc par barjeru dzesēšanu.

Filmās dzesējošie spraudņi parasti ir apļi vai apļu rindas, un reizēm tie tiek veidoti par divdimensiju jumtiem. Reālos dzesēšanas konstrukcijās starp spraudni un dzesējamo virsmu parasti pastāv noteikts leņķis.

90. gadu pētījumi par cilindriskajiem caurumiem norādīja, ka vilkdams attiecība (attiecība starp stipru straumes plūsmu un galveno plūsmu) nozīmīgi ietekmē vienas rindas cilindrisko cauru adiabātisko filmas dzesēšanas efektu. Pēc tam, kad kalda gaisa straume ienāk galvenajā augsttemperatūras gāzu zonā, tā veido divus vērsumos pretēji grieztos virpuliņu pārus, kas arī pazīstami kā nežu formātie virpuliņu pāri. Kad vilkdams gaisa plūsma ir salīdzinoši augsta, turklāt tiek veidoti arī pretēji grieztie virpuliņi kopā ar priekšmetu virpuliņiem. Šie pretējie virpuliņi ieslēdz galvenajā plūsmā esošo augsttemperatūras gāzi un to nesauc uz loksnes caurules aizmugures malu, tādējādi samazinot filmas dzesēšanas efektu.