Расчет турбинной лопатки с конвективно-пленочным охлаждением
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ицы отрезков задания температуры среды
- "греющая" температура, С
тАж ? 36 значения температур участков по спинке, С
? "охлаждающая" температура, С
тАж ? 23 значения температур по корыту, С
- "греющая" температура, С
? "охлаждающая" температура, С
700 1000
Материал лопатки: сплав ЖС? 32.
После ввода исходных данных рассчитываем температурные поля с помощью программы GRID2. exe. Результаты расчета MAKSIM. tem.
Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу Изображение поля IZOL. exe, которая осуществляет построение на экране монитора до 16 изолиний поля параметра, рассчитанного в узлах триангуляционной сетки. Заносим в командную строку поочередно следующие файлы: IZOL. exe MAKSIM. set MAKSIM. tem. Результаты расчета приведены на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Распределение изотермических полей температур в охлаждаемой лопатке
6. Расчет термонапряженного состояния
Расчет термонапряженного состояния выполняем с помощью программы GRID3. exe. Для расчета исходных данных находим центробежную силу лопатки:
Изгибающие моменты от действия газовых сил определим следующим
образом:
Ресурс лопатки ТВД составляет 4800 циклов. Тогда при среднем времени работы на взлетном режиме 1,5 минуты, ресурс лопатки будет равен 120 часов.
Расчет производим на ЭВМ с помощью подмодуля Термонапряженное состояние. Этот подмодуль рассчитывает поле напряжений, запасы прочности и другие величины, характеризующие плосконапряженное состояние, при длительном воздействии центробежных сил, изгибающего момента и неравномерного нагрева. В текстовом редакторе производим редактирование файла исходных данных для расчета термонапряженного состояния (SETAX. dat). Исходные данные включают в себя следующие величины:
Таблица 6.1 ? Исходные данные для расчета термонапряженного состояния
Для расчета термонапряженного состояния запускаем программу GRID3. exe. Это основная программа подмодуля, которая осуществляет расчет поля напряжений.
Расчет напряжений от действия центробежной силы рассчитываются по формуле
,
где N - центробежная сила, приложенная к сечению$
Е (Х, У) - модуль упругости, dF (X,Y) - элементарная площадка.
Расчет напряжений от действия изгибающих моментов:
.
Температурные напряжения рассчитываются по формуле Биргера-Малинина. Входящие в формулы поверхностные интегралы рассчитываются численно по триангуляционной сетке.
Для просмотра результата используем программу IZOL. exe, которой указываем имя файла, содержащего данные о температурном поле лопатки: IZOL. exe MAKSIM. set sig. dat. Результат будет занесен в файл с именем MAKSIM. sig. Картина изменения напряжений показана на рисунке 6.1
Рисунок 6.1 ? Распределение полей напряжений в охлаждаемой лопатке
7. Анализ термонапряженного состояния
Анализ проводим с помощью программы ANALYZE. exe.
Задаем время работы на максимальном режиме 120 часов.
Результат анализа представлены на рисунке 7.1
Рисунок 7.1 ? Анализ термонапряженного состояния лопатки турбины
Точка №68 имеет запас прочности 1,273, что меньше допустимого запаса прочности 1,3тАж1,33. Из графика анализа термонапряженного состояния лопатки (рисунок 7.1) видно, что можно увеличить расход охлаждающего воздуха приблизительно на 5 - 8% для получения нужных коэффициентов запаса прочности.
8. Оптимизация термонапряженного состояния
В связи с тем, что спроектированная лопатка не удовлетворяет нормам прочности будем корректировать расход охлаждающего воздуха. Увеличим расход на 6% и произведем пересчет.
8.1 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 8.1 Площадь каналов и их периметр определяем в пакете КОМПАС 3D V13.
Далее заносим полученные данные в программу в диалоговом режиме. Результаты расчета сохранены в файле GRYDEF. txt, распечатка которого приведена в таблице 8.2.
Таблица 8.1 ? Расчет характеристик каналов
№ каналаP, ммF, мм2dгидр, ммGв, кг/с, Вт/м2К18,043,581,780,001643445428,223,561,730,001634446639,253,571,540,001639451549,483,501,500,001630452658,943,501,570,0016074507610,123,511,380,0016074562
Таблица 8.2 ? Расчет коэффициентов внутреннего теплообмена
8.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи в перфорационных каналах охлаждения
Граничные условия на контуре заменяющего канала задаются из условия эквивалентности теплоотдачи в нем теплопередаче в отверстиях перфорации. Эквивалентность будет достигнута, если температуру воздуха в канале принять равной температуре воздуха в перфорации, а коэффициенты теплопередачи в канале и перфорации будут связаны соотношением:
,
где - длина отверстия перфорации.
Коэффициент теплопередачи в перфорационных каналах находим среднее арифметическое в охлаждающих каналах:
8.3 Расчет греющей температуры воздушной завесы
Рассчитаем скорости воздуха на выходе из отверстий перфорации:
? из условия пропускания расхода воздуха рядом перфорации: