УДК 536.24
М. И. О с и п о в, И. Н. Б а й б у з е н к о
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛООБМЕНА
И ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ
ВО ВНУТРЕННИХ ОРЕБРЕННЫХ КАНАЛАХ
И НА УЧАСТКАХ ПОВОРОТА СИСТЕМ
ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Приведены результаты численного расчета теплоотдачи и потерь
давления в поворотных участках петлевой схемы охлаждения ло-
паток газовых турбин. Проведена верификация численной модели
для чисел Рейнольдса в диапазоне от 1,5
·
10
4
до 10
5
. Показано вли-
яние геометрии направляющего элемента на коэффициент потерь
давления и определена геометрия канала, обеспечивающая безот-
рывное течение и снижение потери в повороте. Приведены ре-
зультаты комбинированного подхода к расчету теплоотдачи на
участке поворота охладителя.
E-mail:
Ключевые слова
:
теплообмен, газовая турбина, охлаждение лопаток,
оребренные каналы.
Создание высокотемпературных газотурбинных двигателей связа-
но с повышением температуры газа — основного параметра рабочего
процесса, что, в свою очередь, приводит к увеличению теплонапря-
женности рабочих и сопловых лопаток, дисков, а также статорных де-
талей, которым требуетсяинтенсивное охлаждение. В связи с этим при
проектировании новых турбин длярасчета теплового состояниялопа-
ток требуетсяточное определение граничных условий длявнешнего
течениягорячего газа и внутреннего течениявоздуха в охлаждающих
каналах с учетом локальных особенностей.
Основной из существующих систем охлаждения является петле-
ваясхема с многочисленными ходами охлаждающего воздуха (рис. 1),
проходящего через радиальные каналы и участки поворота на
180
◦
.
В качестве турбулизаторов в радиальных каналах используютсяпопе-
речные периодические ребра.
При проектировании системы охлаждениязадачу по расчету тепло-
гидравлических характеристик лопатки можно разделить на две ча-
сти: расчет периодических ребер и расчет участков поворота. В на-
стоящее времядляоценки коэффициентов теплоотдачи и сопроти-
вленияоребренных участков используютсяинтегральные зависимо-
сти, полученные при обобщении экспериментальных данных, вида
Nu
=
f
(
Re
)
,
Δ
p
=
g
(
Re
)
. Однако интегральный подход не дает воз-
можности учесть локальные эффекты. В работе [2] проведена вери-
фикациячисленного расчета локальных значений коэффициента те-
плоотдачи на периодической модели оребренного канала. При расчете
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2010. № 3 31
