Aksiālās plūsmas turbīnas struktūra
Turbīna ir rotācijas jaudas mašīna, kas pārvērš darba šķidruma entalpiju mehāniskajā enerģijā. Tā ir viena no galvenajām lidmašīnu dzinēju, gāzes turbīnu un tvaika turbīnu sastāvdaļām. Enerģijas pārveide starp turbīnām un kompresoriem un gaisa plūsmu ir pretēja procedūrā. Kompresors patērē mehānisko enerģiju, kad tas darbojas, un gaisa plūsma iegūst mehānisko enerģiju, kad tā plūst caur kompresoru, un spiediens un entalpija palielinās. Kad turbīna darbojas, vārpstas darbs tiek izvadīts no turbīnas vārpstas. Daļa no vārpstas darba tiek izmantota, lai pārvarētu berzi uz gultņiem un piedzītu piederumus, bet pārējo absorbē kompresors.
Šeit ir apskatītas tikai aksiālās plūsmas turbīnas. Gāzes turbīnas dzinēja turbīna parasti sastāv no vairākiem posmiem, bet stators (sprauslas gredzens vai vadotne) atrodas rotējošā lāpstiņriteņa priekšā. Turbīnas elementa pakāpes lāpstiņu kanāls ir konverģents, un augstas temperatūras un augstspiediena gāze no sadegšanas kameras tajā izplešas un paātrinās, bet turbīna veic mehānisku darbu.
Turbīnas lāpstiņas ārējās virsmas siltuma pārneses raksturlielumi
Konvektīvās siltuma pārneses koeficients starp gāzi un lāpstiņas virsmu tiek aprēķināts, izmantojot Ņūtona dzesēšanas formulu.
Spiediena virsmai un iesūkšanas virsmai konvektīvās siltuma pārneses koeficients ir visaugstākais lāpstiņas priekšējā malā. Laminārajam robežslānim pakāpeniski sabiezējoties, pakāpeniski samazinās konvekcijas siltuma pārneses koeficients; pārejas punktā pēkšņi palielinās konvekcijas siltuma pārneses koeficients; pēc pārejas uz turbulento robežslāni, viskozajam apakšslānim pakāpeniski sabiezējoties, konvekcijas siltuma pārneses koeficients pakāpeniski samazinās. Sūkšanas virsmai plūsmas atdalīšana, kas var rasties aizmugurējā daļā, nedaudz palielinās konvektīvās siltuma pārneses koeficientu.
Šoka dzesēšana
Dzesēšana ar triecienu ir vienas vai vairāku aukstā gaisa strūklu izmantošana, lai ietriektu karsto virsmu, veidojot spēcīgu konvekcijas siltuma pārnesi trieciena zonā. Iesūkšanas dzesēšanas īpašība ir tāda, ka uz stagnācijas zonas sienas virsmas, kur iedarbojas aukstā gaisa plūsma, ir augsts siltuma pārneses koeficients, tāpēc šo dzesēšanas metodi var izmantot, lai uz virsmas piemērotu fokusētu dzesēšanu.
Turbīnas lāpstiņas priekšējās malas iekšējās virsmas trieciena dzesēšana ir ierobežotas telpas trieciena dzesēšana, un strūkla (aukstā gaisa plūsma) nevar brīvi sajaukties ar apkārtējo gaisu. Tālāk ir aprakstīta viena cauruma plaknes mērķa trieciena dzesēšana, kas ir pamats triecienplūsmas un siltuma pārneses ietekmes izpētei.
Viena cauruma vertikālās trieciena plaknes mērķa plūsma ir parādīta attēlā iepriekš. Plaknes mērķis ir pietiekami liels un tam nav rotācijas, un uz virsmas nav cita šķērsplūsmas šķidruma. Ja attālums starp sprauslu un mērķa virsmu nav ļoti tuvs, strūklas izplūdes daļu var uzskatīt par brīvu strūklu, proti, serdes daļu (Ⅰ) un pamatnes daļu (Ⅱ) attēlā. Kad strūkla tuvojas mērķa virsmai, strūklas ārējā robežlīnija sāk mainīties no taisnas līnijas uz līkumu, un strūkla nonāk pagrieziena zonā (Ⅲ), ko sauc arī par stagnācijas zonu. Stagnācijas zonā strūkla pabeidz pāreju no plūsmas, kas ir perpendikulāra mērķa virsmai, uz plūsmu, kas ir paralēla mērķa virsmai. Pēc tam, kad strūkla pagriežas par 90 grādiem, tā nonāk nākamās sekcijas sienas strūklas zonā (IV). Sienas strūklas zonā šķidrums plūst paralēli mērķa virsmai, un tā ārējā robeža paliek taisna līnija. Pie sienas ir ārkārtīgi plāns laminārs robežslānis. Strūkla pārvadā lielu daudzumu auksta gaisa, un ierašanās ātrums ir ļoti liels. Arī turbulence stagnācijas zonā ir ļoti liela, tāpēc trieciena dzesēšanas siltuma pārneses koeficients ir ļoti augsts.
Konvekcijas dzesēšana
Radiāls tiešās dzesēšanas kanāls lāpstiņas iekšpusē
Dzesēšanas gaiss plūst tieši caur vadošās lāpstiņas iekšējo dobumu radiālā virzienā, absorbējot siltumu, izmantojot konvekcijas siltuma pārnesi, lai samazinātu asmens korpusa temperatūru. Tomēr, ja ir noteikts dzesēšanas gaisa tilpums, šīs metodes konvekcijas siltuma pārneses koeficients ir zems un dzesēšanas efekts ir ierobežots.
(2) Vairāki dzesēšanas kanāli lāpstiņas iekšpusē (vairāku dobumu dizains)
Vairāku dobumu dizains ne tikai palielina konvektīvās siltuma pārneses koeficientu starp auksto gaisu un turbīnas lāpstiņas iekšējo virsmu, bet arī palielina kopējo siltuma apmaiņas laukumu, palielina iekšējo plūsmu un siltuma apmaiņas laiku, kā arī nodrošina augstu aukstā gaisa līmeni. izmantošanas līmenis. Dzesēšanas efektu var uzlabot, saprātīgi sadalot aukstā gaisa plūsmu. Protams, vairāku dobumu konstrukcijai ir arī trūkumi. Pateicoties lielajam dzesēšanas gaisa cirkulācijas attālumam, mazam cirkulācijas laukumam un vairākiem gaisa plūsmas pagriezieniem, plūsmas pretestība palielināsies. Šī sarežģītā struktūra arī palielina procesa apstrādes grūtības un palielina izmaksas.
(3) Ribu struktūra uzlabo konvektīvo siltuma pārnesi un spoileri kolonnas dzesēšanu
Katra riba ribu struktūrā darbojas kā plūsmas traucējošais elements, izraisot šķidruma atdalīšanu no robežslāņa un dažādu stiprumu un izmēru virpuļu veidošanos. Šie virpuļi maina šķidruma plūsmas struktūru, un siltuma pārneses process tiek ievērojami uzlabots, palielinoties šķidruma turbulencei tuvu sienai un periodiskai masas apmaiņai starp lielajiem virpuļiem un galveno plūsmu.
Spoilera kolonnas dzesēšanai ir jābūt vairākām cilindrisku ribu rindām, kas noteiktā veidā ir sakārtotas iekšējā dzesēšanas kanāla iekšpusē. Šīs cilindriskās ribas ne tikai palielina siltuma apmaiņas laukumu, bet arī palielina savstarpēju aukstā gaisa sajaukšanos dažādās zonās plūsmas traucējumu dēļ, kas var ievērojami palielināt siltuma pārneses efektu.
Filmas dzesēšana
Gaisa plēves dzesēšana ir izpūst aukstu gaisu no caurumiem vai spraugām uz karstās virsmas un uz karstās virsmas izveidot aukstā gaisa plēves slāni, lai bloķētu cietās sienas sildīšanu ar karsto gāzi. Tā kā aukstā gaisa plēve bloķē kontaktu starp galveno gaisa plūsmu un darba virsmu, tā sasniedz siltumizolācijas un korozijas novēršanas mērķi, tāpēc dažās literatūrā šo dzesēšanas metodi sauc arī par barjeras dzesēšanu.
Plēves dzesēšanas sprauslas parasti ir apaļas atveres vai apaļu caurumu rindas, un dažreiz tās ir izgatavotas divdimensiju spraugās. Faktiskās dzesēšanas konstrukcijās starp sprauslu un atdzesējamo virsmu parasti ir noteikts leņķis.
Liels skaits pētījumu par cilindriskiem caurumiem 1990. gados parādīja, ka pūšanas koeficients (strūklas blīvās plūsmas attiecība pret galveno plūsmu) būtiski ietekmēs vienas cilindrisku caurumu rindas adiabātiskās plēves dzesēšanas efektu. Pēc tam, kad aukstā gaisa strūkla nonāks galvenajā augstas temperatūras gāzes zonā, tā veidos uz priekšu un atpakaļ vērstu virpuļu pāri, kas pazīstams arī kā nieres formas virpuļu pāri. Kad pūšošais gaiss ir salīdzinoši augsts, papildus uz priekšu vērstiem virpuļiem izplūde veidos arī pretēji rotējošus virpuļus. Šis apgrieztais virpulis ieslodzīs augstas temperatūras gāzi galvenajā plūsmā un nogādās to lāpstiņas ejas aizmugurē, tādējādi samazinot plēves dzesēšanas efektu.
