Исследование термонапряженного состояния неохлаждаемой лопатки ГТД
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Вµлях температура рабочего тела (газа) превышает рабочую температуру материала лопаток, поэтому для обеспечения работоспособности лопаток создают систему воздушного охлаждения. 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.
Т.к. температура газа 1275К, охлаждать лопатки турбины не будем.
Рабочие лопатки работают в газовом потоке с некоторой температурной неоднородностью. Но она несущественна, так как осредняется 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:
Рисунок 1 - Поперечное сечение неохлаждаемой лопатки.
1.2 Создание конечно-элементной расчетной сетки
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 bu.st, содержащий описание наружного контура 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).
. Задаются координаты опорных точек наружного контура при обходе его от произвольной точки против часовой точки.
Программа Создание расчетной сетки Grid1.exe - основная рабочая программа подмодуля. После запуска программа запрашивает имя файла с описанием контура. Задаем bu.st. В результате работы программы создается файл bu.set, содержащий информацию о созданной сетке в форме, пригодной для межпрограммного обмена.
Изображение полученной сетки приведено на рисунке 2.
Рисунок 2 - Конечно-элементная сетка
2. Схема подвода и распределение воздуха
Для обеспечения эффективной работы турбины достаточно применения охлаждения СА лопатки 1 и 2 ступени, а также полотна дисков, замки и ножки рабочих лопаток обдувают воздухом поступающим из зоны вторичного воздуха камеры сгорания.
Рисунок 3 -Схема подвода охлаждающего воздуха
3. Расчет граничных условий теплообмена
Типичная эпюра изменения коэффициента теплоотдачи по ободу профиля приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Эпюра коэффициентов теплоотдачи на профиле лопатки
Максимум теплоотдачи находится в точке разветвления потока на входной кромке. Далее по обеим сторонам профиля по мере формирования ламинарного пограничного слоя коэффициент теплоотдачи уменьшается, достигая минимума на расстоянии Хн от входной кромки в точках начала перехода ламинарного течения в турбулентное. Начало перехода связано с достижением критического значения числа Рейнольдса. Второй максимум теплоотдачи на расстоянии Хк от входной кромки связан с возникновением турбулентного пограничного слоя. Координата Хк соответствует выражению:
В предварительных расчетах точки Хн и Хк совмещают, считая, что период от ламинарного к турбулентному тече нию происходит в одной точке Хн=Хк, соответствующей значению Reкр=105.
Для определения точки перехода потока из ламинарного в турбулентный на профиле лопатки, используем зависимость по Рейнольдсу, для Reкр =105:
Находим :
м,
- вязкость среды
259,2 м/с
- плотность газа.
лопатка охлаждение воздух теплообмен
Найденное расстояние больше чем размеры профиля лопатки, таким образом не будет точки перехода из ламинарного движение в турбулентное.
Расчёт проводится с помощью программы GRU.EXE. Исходные данные необходимые для проведения расчета занесены в таблицу 2. Результаты расчета сохранены в файле GRUREZ.TXT, распечатка которого приведена в таблице 3.
Таблица 2 - Исходные данные для расчета коэффициентов теплоотдачи
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕТОВ НАРУЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА
Геометрические характеристики профиля:
диаметp входной кpомки мм 8.800000E-01
хоpда лопатки мм 13.620000
угол потока на входе Град 38.700000
угол потока на выходе Град 22.900000
длина лопатки мм 30.500000
сpедний диаметp мм 302.000000
Параметры рабочего тела :
темпеpатуpа К T1= 1180.000000 T2= 1180.000000
давление МПа P1= 5.980000E-01 P2= 4.770000E-01
скopость м/с W1= 259.200000 W2= 449.000000асчетный pадиус мм 151.000000
обоpоты туpбины об/мин 19700.000000
Таблица 3 -Результаты расчета коэффициентов теплоотдачи
PЕЗУЛЬТАТ PАСЧЕТА
Вж коэффициентов теплоотдачи по участкам Вж
Вж входная кpомка 8533.928000 Bт/м**2*K Вж
Вж сpедняя часть пpофиля Вж
Вж коpыто 3030.434000 Bт/м**2*K Вж
Вж спинка 2424.347000 Bт/м**2*K Вж
Вж выходная кромка пpофиля Вж
Вж коpыто 2816.319000 Bт/м**2*K Вж
Вж спинка 2468.832000 Bт/м**2*K Вж
4. Расчет поля температуры
Для определения напряженного состояния лопаток в условиях неравномерного нагрева на этапах рабочего проектирования выполняют детальный расчет температурных полей в поперечных сечениях лопатки на