Рабочая лопатка первой ступени турбины ТВаД
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
едставленной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Поперечное сечение охлаждаемой лопатки.
Охлаждающую температуру находим по формуле:
,
где - температура торможения из-за последней ступени компрессора высокого давления,
- изменение температуры вследствие спутной закрутки,
=-700С
Рисунок 2-Схема подвода охлаждающего воздуха
- подогрев воздуха центробежными силами.
/c - окружная скорость,
- радиус подвода охлаждающего воздуха,
- средний радиус,
- конвективный подогрев в магистралях подвода,
Принимаем ТЛ=1140 К.
Определяем эффективность охлаждения
Т.к. температура газа меньше 1450К, выбираем тип охлаждения - конвективный.
По графику 2 [1] определяем расход охлаждающего воздуха - 3.5%.
2. Создание сетки конечных элементов
Создание сетки производим на ЭВМ с помощью подмодуля САПР Расчетная сетка. Этот подмодуль является частью САПР охлаждаемых лопаток турбин и предназначен для автоматизированного построения сетки триангуляционных (треугольных) элементов внутри плоской многосвязанной области для решения уравнений теплопроводности и термонапряженного состояния.
Создаем файл Описание контура kор.st, содержащий описание наружного и внутреннего контуров расчетной области координатами опорных точек. При создании описания придерживаемся следующих правил:
. Сечение лопатки должно располагаться в первом квадранте координатной системы так, чтобы для координат любой точки выполнялось условие Х>0, Y>0.
. Количество опорных точек должно быть минимальным (достаточным для описания контура прямолинейными отрезками).
. Сначала задаются координаты опорных точек наружного контура при обходе его от произвольной точки против часовой точки. Затем задаются координаты одного из внутренних контуров (каналов охлаждения) по часовой стрелке. Абiиссе первой точки присваивается знак -.
Программа Создание расчетной сетки Grid1.exe - основная рабочая программа подмодуля. После запуска программа запрашивает имя файла с описанием контура. Задаем kор.st. В результате работы программы создается файл хор.set, содержащий информацию о созданной сетке в форме, пригодной для межпрограммного обмена.
Изображение полученной сетки приведено на рисунке.
лопасть двигатель теплообмен
Рисунок 3 - Конечноэлементная сетка.
3. Расчет граничных условий теплообмена
Для определения точки перехода потока из ламинарного в турбулентный на профиле лопатки, используем зависимость по Рейнольдсу, для Reкр =105:
Находим :
м,
где
- вязкость среды
284,5 м/с
- плотность газа.
Для данного расстояния определяем номер узла конечного элемента на спинке и корыте профиля. На спинке № узла 21, на корыте - 79.
Расчет коэффициентов теплоотдачи на наружном контуре лопатки
Результаты расчета сохранены в файле GRUREZ.TXT, распечатка которого приведена в таблице 2.
Таблица 2
Расчет коэффициентов наружного теплообмена
Геометрические характеристики профиля:
диаметp входной кpомки мм 2.960000
хоpда лопатки мм 27.400000
угол потока на входе Град 40.830000
угол потока на выходе Град 22.890000
длина лопатки мм 38.000000
сpедний диаметp мм 477.000000
Параметры рабочего тела :
темпеpатуpа К T1= 1319.000000 T2= 1319.000000
давление МПа P1= 1.000000 P2= 6.570000E-01
скopость м/с W1= 284.000000 W2= 583.000000асчетный pадиус мм 238.500000
обоpоты туpбины об/мин 14800.000000
ЕЗУЛЬТАТ PАСЧЕТА
Вж коэффициентов теплоотдачи по участкам Вж
Вж входная кpомка 7682.599000 Bт/м**2*K Вж
Вж сpедняя часть пpофиля Вж
Вж коpыто 3369.229000 Bт/м**2*K Вж
Вж спинка 2695.383000 Bт/м**2*K Вж
Вж выходная кромка пpофиля Вж
Вж коpыто 3361.048000 Bт/м**2*K Вж
Вж спинка 2882.349000 Bт/м**2*K Вж
Расчет коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения
Расчет коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения лопатки ведем с помощью программы GRYDEF.EXE.
Рассчитываем необходимые исходные данные и заносим их в таблицу 3. Площадь канала и его периметр определяем в пакете КОМПАС v. 12.
Гидравлический диаметр определяем как отношение:
. Расход воздуха в i-м канале: .
Далее заносим полученные данные в программу в диалоговом режиме. В результате работы программы рассчитываются коэффициенты теплоотдачи в каналах охлаждения. Полученные результаты сведены в таблицу 3 и отображены на рисунке 4.
Таблица 3
№ каналаP, ммF, мм^2dгидр, ммGв, кг/с, Вт/м2К120.79726318.1505854,0334630.0018988572844,635216.91293718.7197004,1599330.0019583962846,808323.53582919.0958154,2435140.0019977442847,543
Результаты расчета сохранены в файле GRYDEF.TXT, распечатка которого приведена в таблице 3.
Таблица 4
Номер канала = 1
Расчет коэффициентов внутреннего теплообмена
характерный размер канала мм 4.033000
площадь сечения канала мм**2 18.151000
радиус кривизны канала мм 9999.000000
частота вращения об/мин 14800
Параметры охладителя :
расход воздуха кг/с 1.899000E-03
температура воздуха К 722.900000
температура стенки К 1140.000000
давление в канале Па 1680000.000000
Г коэффициент теплоотдачи 2844.635000 Г
Номер канала = 2
Расчет коэффициентов внутреннего теплообмена
характерный размер канала мм 4.160000
площадь сечения канала мм**2 18.720000
радиус кривизны канала мм 9999.000000
частота вращения об/мин 14800
Параметры охладителя :
расход воздуха кг/с 1.960000E-03
температура возду