Расчет турбинной лопатки с конвективно-пленочным охлаждением
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Содержание
1. Подготовка и анализ исходных данных
2. Создание сетки конечных элементов
3. Расчет граничных условий теплообмена
3.1 Расчет коэффициентов теплоотдачи на наружном контуре лопатки
3.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения
3.3 Расчет коэффициентов теплоотдачи в перфорационных каналах охлаждения
5. Расчет температурного поля
6. Расчет термонапряженного состояния
7. Анализ термонапряженного состояния
8. Оптимизация термонапряженного состояния
8.1 Расчет коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения
8.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи в перфорационных каналах охлаждения
8.3 Расчет греющей температуры воздушной завесы
8.4 Расчет температурного поля
8.5 Расчет термонапряженного состояния
8.6 Анализ термонапряженного состояния
Вывод
Перечень источников
1. Подготовка и анализ исходных данных
Выбирая схему охлаждения, следует учитывать опыт создания уже реализованных и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации конструкций, а так же технологические возможности производства, новейшие достижения в этой области.
Рабочие лопатки работают в газовом потоке с некоторой температурной неоднородностью. Но она несущественна, так как усредняется из-за высокой частоты вращения. Поэтому можно учитывать только радиальную неоднородность потока, полагая, что для среднего сечения коэффициент радиальной неоднородности потока ?=0,05.
Греющая температура рассчитывается по формуле:
Поскольку =1640К > 1450К, то для обеспечения эффективной работы турбины необходимо применить комбинированное конвективно-заградительное охлаждение [рисунок 1.1].
Рисунок 1.1 - Поперечное сечение охлаждаемой лопатки.
Охлаждающую температуру находим по формуле:
где - температура торможения за компрессором, К;
- изменение температуры вследствие спутной закрутки, =90К схема изображена на рис.1.2;
Рисунок 1.2 ? Схема подвода охлаждающего воздуха
- подогрев воздуха центробежными силами, град.
- окружная скорость, м/с;
- радиус подвода охлаждающего воздуха, мм;
- длина канала подвода воздуха, мм;
- конвективный подогрев в магистралях подвода, .
Принимаем ТЛ =1150 К. Тогда эффективность охлаждения равна
По графику рис.1.1 [1] определяем расход охлаждающего воздуха по кривой для конвективно-заградительного охлаждения - 2,5%.
турбинная лопатка охлаждение теплоотдача
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.
В районе перфорационных отверстий температурное поле трехмерное. Чтобы свести задачу к двухмерной, проводят расчет осредненного в пределах шага перфорации температурного поля. С этой целью каждый ряд перфорационных отверстий заменяют одним радиальным каналом прямоугольного сечения, центры которых равномерно распределяют по проекциям оси отверстия на расчетное сечение [рис.2.1].
Рисунок 2.1 ? Замена перфорации эквивалентными каналами
Размеры отверстий находим из соотношений:
где - толщина стенки лопатки в месте перфорации, мм;
- длина проекции канала на линию контура, мм;
d - диаметр отверстия перфорации, мм;
t - шаг перфорации, мм;
i - количество замещающих каналов.
Используя соотношение для рабочих лопаток турбин t/d = 5тАж7, находим для каждого отверстия перфорации (номер канала увеличивается от входной кромки):
Создаем файл Описание контура" MAKSIM. 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 каждого из внутренних контуров (каналов охлаждения и эквивалентных каналов) по часовой стрелке. Абiиссе первой точки присваивается знак ?.
Редактирование профиля и добавление точек для построения сетки выполняется в программе DELO53. bat. Полученный профиль с дополнительными точками показан на рисунке 2.2.
Программа Создание расчетной сетки" GRID1. exe - основная рабочая программа подмодуля. После запуска программа запрашивает имя файла с описанием контура. Задаем MAKSIM. st. В результате работы программы создается файл MAKSIM. set, содержащий информацию о созданной сетке в форме, пригодной для межпрограммного обмена.
Изображение полученной сетки приведено на рисунке 2.3.
Рисунок 2.2 - Контур профиля лопатки
Рисунок 2.3 - Конечноэлементная сетка