МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
УДК 539.377:536.2
А. К. К а р ы ш е в, М. И. С у п е л ь н я к
ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В ЦИЛИНДРЕ, ВЫЗВАННЫЕ
НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ
УСЛОВИЯМИ ТЕПЛООБМЕНА С ВНЕШНЕЙ
СРЕДОЙ
Решена задача термоупругости для термоциклических напряжений
в цилиндре, вызываемых нестационарными периодическими услови-
ями теплообмена с внешней средой. Приведены результаты расче-
тов с использованием выведенных зависимостей и ранее найденного
квазистационарного температурного поля. Затронут вопрос о по-
иске решения численными методами, и выполнена оценка влияния
термоциклических напряжений на прочность цилиндра.
E-mail: :
Ключевые слова
:
цилиндр, термоупругость, термоциклические напря-
жения, нестационарные периодические условия теплообмена, темпера-
турные волны, парциальное охлаждение лопаток.
Постановка задачи.
Однойиз важнейших проблем газотурбостро-
ения является обеспечение требуемого ресурса работы элементов про-
точнойчасти турбин, работающих при высоких температурах. Как
правило, ее решают, применяя различные системы охлаждения, осо-
бенно необходимые для рабочих лопаток, являющихся наиболее на-
груженными деталями. Отдельно стоит выделить способ наружного
парциального охлаждения, предполагающийподачу через одну часть
сопловых каналов охлаждающего агента, а через другую – продуктов
сгорания топлива. Из-за этого рабочие лопатки при вращении попе-
ременно омываются охладителем и горячим газом, а их температура
устанавливается на некотором среднем уровне, что позволяет сделать
их конструкцию неохлаждаемойи значительно снизить стоимость.
Для решения вопроса о возможности применения данного типа
охлаждения проводились исследования теплоотдачи от профиля ло-
патки к влажному водяному пару [1], использование которого в каче-
стве охлаждающего агента представляется наиболее целесообразным,
термодинамическойэффективности цикла [2] и схемнойорганизации
проточнойчасти турбины [3]. Не затронутойосталась лишь проблема
термоциклических напряжений, способных повлиять на прочность ра-
бочих лопаток. Эти напряжения связаны с температурными волнами,
возникающими в лопатках из-за периодическойсмены во времени на-
правления и величины теплового потока на их поверхностях. Расчет
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012. № 2 47
