Моделирование теплозащитных свойств газовых завес при параметрах, типичных для организации пленочного охлаждения
Диссертация
Рассмотрены трехмерные и двумерный подходы к моделированию теплового состояния лопаток при развитом конвективно — пленочномохлаждении и даны рекомендации по выбору параметров численных моделей, с погрешностью по глубине охлаждения металла лопаток, не превышающей 5%. Выявлены достаточность применения расчетных сеток в 2.8″ млн. ячеек для получения осредненных значений по глубине охлаждения… Читать ещё >
Список литературы
- Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй М.: Физматгиз. — 1960. -715 С.
- Алтунин В.В., Геллер В. В., Кременевская Е. А., Перелынтейн И. И., Петров Е. К. Теплофизические свойства фреонов. Том 2. Фреоны метанового ряда. Под ред. С. Л. Ривкина. М: Издательство стандартов. 1985. — 264 С.
- Богомолов E.H. Рабочие процессы в охлаждаемых турбинах газотурбинных двигателей с перфорированными лопатками М.: Машиностроение. — 1987. — 160 С.
- Бородачев В.Я. Теоретическое и экспериментальное исследование воздушно-заградительного охлаждения плоской пластины. — М.: Оборонгиз. -1956.-39 С.
- Венедиктов В.Д., Сахаров В. Н., Колесов А. Н., Михайлов Е. И. Разработка методов оптимизации турбинных решеток с заградительным охлаждением. // Технический отчет. М.: ЦИАМ. 1980. — 60С.
- Волчков Э.П., Дворников H.A., Терехов В. И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое закрученного потока. -Новосибирск. 1983. — 48 С. (Препринт СО АН СССР / Институт теплофизики, № 107.)
- Волчков Э.П., Кутателадзе С.С, Леонтьев А. И. О влиянии сжимаемости и неизотермичности газа на эффективность заградительного охлаждения при турбулентном турбулентном пограничном слое. // ПМТФ. -1966.- № 4.-С. 126−129.
- Глазков В.В., Гусева М. Д., Жестков Б. А. Течение при струйном охлаждении пластины // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1979. -№ 4.-С. 56−61.
- Гэддис, Лэмб. Приближенный анализ пленочного охлаждения при постоянных свойствах охладителя // Энергетические машины и установки -1972.-№ 4.- С. 1−10.
- Джабрен, Браун. Завесное охлаждение с использованием двух рядов отверстий, наклоненных в продольном и поперечном направлениях // Энергетические машины и установки. 1985. — Т. 107. — № 1. — С. 70−77.
- Дыбан Е.П., Репухов В. М. Исследование эффективности пленочного охлаждения за единичной щелью и использование полученных данных для расчета многощелевого охлаждения. В кн.: Тепло- и массоперенос. — Т.1. -М.: Энергия. — 1968. — С. 249−253.
- Ермолаев A.A., Кривоносова В. В. Численное моделирование и сопоставление с результатами экспериментов теплового состояния лопаток турбины ГТЭ-65 // Вестник двигателестроения. 2008. — № 3. — С. 21−27.
- Зысина-Моложен JIM., Зысин JI.B., Поляк М. П. Теплообмен в турбомашинах. Л.: Машиностроенение. — 1974. — 336 С.
- Иноземцев A.A., Нихамкин М. А., Сандрацкий В. Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 2. Copyright © 2007 ОАО «Авиадвигатель» — ОАО «Пермский Моторный Завод». http://www.avid.ru/pr/uchebnik/tom2
- Кадотани, Голдстейн. Влияние параметров основного потока на течение струй, вдуваемых через ряд наклонных круглых отверстий // Энергетические машины и установки. 1979. — Т. 101. — № 2. — С. 96−104.
- Копелев С.З., Гуров G.B. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей М: Машиностроение. — 1978. — 208 С.
- Кортиков H.H., Смирнов Ю. А. Обобщение опытных данных по эффективности завесного охлаждения при вдуве под углом // Промышленная теплотехника. 1988. — Т. 10. -№ 1. — С. 33−36.
- Круковский П.Г., Юрченко Д. Д., Полубинский A.C., Яцевский В. А., Чепаскина С. М. Верификация трехмерной модели теплового состояния охлаждаемой лопатки ГТД в сопряженной постановке // Промышленная теплотехника. 2005. — № 1. — С. 17−28.
- Кутателадзе. С.С., Леонтьев А. И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат. — 1985. — 320 С.
- Лис. Экспериментальное исследование пленочного охлаждения при вдуве через ряд отверстий // Энергетические машины и установки. 1975. -№ 1. — С. 23−31.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука. 1987. -840 С.
- Лопотко В.М., Кухтин Ю. П. Анализ пленочного охлаждения лопаток турбин в нестационарном потоке газа // Вестник двигателестроения. Харьков." -2003. -№ 3. С. 90−96.
- Луковников А., Федечкин К. Авиадвигатель пятого поколения: как избежать ошибки // Авиапанорама. 2008. — Январь — февраль. — С. 24 — 27.
- Нагога Г. П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин. Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ. — 1996. — 100 С.
- Николаенко В.А., Карпухин В. И. Измерение температуры с помощью облученных материалов. -М.: Энергоатомиздат. 1986. — 120 С.
- Основы теплопередачи в авиационной и ракетной технике // В: С. Авдуевский, Ю.И. Данилов- В. К. Кошкин и др. М.: Оборонгиз. — 1960. -390 С.
- Педерсен, Эккерт, Голдстейн. Исследование пленочного охлаждения при больших разностях плотностей основного и вторичного, газов методом аналогии между тепло и массообменном // Теплопередача. — 1977. — № 4. С. 124−131.
- Программный комплекс COLD для расчета систем охлаждения лопаток газовых турбин. Расчет параметров охладителя / С. М. Вохмянин, Э. Г. Роост, И. А. Богов. Под общ. ред. И. А. Богова. Международная академия наук высшей школы. Санкт-Петербург. 1996. — 71 С.
- Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) / Под ред. В. А. Скибина, В. И. Солонина. М.: ЦИАМ. 2004. — 424 С.
- Репухов В.М. Теория тепловой защиты стенки вдувом газа Киев: Наукова думка. — 1980. — 296 С.
- Смирнов П.Е. Численное моделирование трехмерного течения и теплообмена в условиях, типичных для организации пленочного охлаждения // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург. — 2005. — 135 С.
- Сполдинг Д.Б. Некоторые приложения нового метода расчета турбулентного пограничного слоя: в 3-х т. М.: Энергия. — 1968. — Т.1. -С. 7−23.
- Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / В. Л. Иванов, А. И. Леонтьев, Э. А. Манушин, М. И. Осипов / Под ред. А. И. Леонтьева. М: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. — 2003. — 592 С.
- Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок: Учеб. пособие / Н. Д Грязнов, В. М. Епифанов, В. Л. Иванов, Э. А. Манушин / Под ред. А. И. Леонтьева. М: Машиностроение. — 1985. — 360 С.
- Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов. В. И. Локай, М. Н. Бодунов, В. В. Жуйков, A.B. Щукин- М.: Машиностроение. 1985. — 216 С.
- Халатов A.A., Авраменко A.A., Шевчук И. В. Теплообмен и гидродинамика около криволинейных поверхностей Киев: Наук. Думка. -1992. — 136 С.
- Шварц, Голдстейн, Эккерт. Влияние кривизны на характеристики завесного охлаждения. Современное машиностроение. 1991. — № 10. -С. 116−123.
- Швец И.Т., Дыбан Е. П. Воздушное охлаждение деталей газовых турбин. Киев: Наукова думка. — 1974. — 487 С.
- Эккерт Э. Р: Пленочное охлаждение в газовой среде // ИФЖ. 1970. — Т. 19. — № 3. — с.426−440.
- Abhari, R.S. and Epstein, А.Н. An Experimental Study of Film Cooling in a Rotating Transonic Turbine // ASME J. of Turbomachinery. 1994. v. 116, P. 63−70i
- Adami P., Montomoli F., Martelli F., Saumweber C. Numerical investigation of internal crossflow film cooling // Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002 June 3−6, 2002, Amsterdam, the Netherlands. GT-2002−30 171.
- Baldauf S., Scheurlen M., Schulz A., Wirtig S. Correlation of film cooling* effectiveness from thermographic measurements at engine like conditions // Proc. ASME. Turbo Expo. 2002. Amsterdam. The Netherlands. 14 P.
- M. Bell, P.M. Ligrani, W.A. Hull, C.M. Norton. Film cooling subject to bulk flow pulsations: effects of blowing ratio, free stream velocity, and pulsation frequency // IJHMT. 1999. V. 42. P. 4333 4344.
- Berhe, M. K., and Patankar, S. V. Curvature effects on discrete-hole film cooling//ASME Journal of Turbomachinery. 1999a. V. 121. P.781−791.
- Berhe, M. K. and Patankar, S. V. Investigation of Discrete-Hole Film-Cooling Parameters Using Curved-Plate Models // ASME Journal of Turbomachinery. 1999b. V.121. P. 792−803.
- Coulthard S.M., Yolino R.J., Flack K.A. Effect of Jet Pulsing on Film Cooling, Part 1: Effectiveness and Flowfield Temperature Results // ASME Journal of Turbomachinery. 2006. V. 129. P. 232−246.
- Cutbirth, J.M., and Bogard, D.G. Evaluation of Pressure Side Film Cooling with Flow and Thermal-Field Measurements Part 1: Showerhead Effects // ASME J. of Turbomachinery. 2002. V. 124, P. 670−677.
- Dring, R.P., Blair, M.F., and Hoslyn, H.D. An Experimental Investigation of Film Cooling on a Turbine RotorBlade // ASME J. of Engineering for Power. 1980. V. 102. P. 81−87.
- Escudier M.P., Whitelaw. J.H. The influence of strong adverse pressure gradients on the effectiveness of film cooling // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1968. V. 111. No.8. P. 1289−1292.
- Goldstein, R.J., and Chen, H. P. Film Cooling on a. Gas Turbine Blade near the Endwall // ASME J. of Engineering for Gas Turbines and Power. 1985. V. 107. P. 117−122.
- Goldstein R. J., Kornblum Y., Eckert E. R. G. Film Cooling Effectiveness on a Turbine Blade // Israel Journal of Technology. 1982. V. 20. P. 193−200.
- Harrison K.L., Bogard D.G. Comparison of rans turbulence models for prediction of film cooling performance // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008 June 9−13, 2008, Berlin, Germany. GT2008−51 423. 10 P.
- Ito S., Goldstein R. J., Eckert E. R. G. Film cooling of a gas turbine blade //Journal of Engineering for power. 1978. V. 100. P. 476−481.
- Hylton, L.D., Milhec, M.S., Turner, E.R., Nealy, D.A., and York, R.E. Analytical and Experimental Evaluation of the Heat Transfer Distribution Over the Surface of Turbine Vanes. 1983. NASA CR 168 015.
- Karandia S., Roy S. Detached eddy simulation of turbine blade cooling // Paper AIAA-2003−3632.0rlando. Florida. 2003. 10 P.
- Kartuzova O., Danila D., Ibrahim M.B., Volino R. J. CFD simulation" of jet pulsation" effects on film cooling of flat-plates // Proceedings of ASME Turbo? Expo 2008 June 9−13, 2008, Berlin, Germany. GT2008−50 284. 16.P.
- Lakehal, D., Theodoridis, G., Rodi, W. Computation of film cooling of a flat plate by lateral injection from a row of holes // Int. J. Heat Fluid Flow. 1998. V.19. P. 418−430.
- Lakehal, D., Theodoridis, G., Rodi, W. Three dimensional flow and heat transfer calculations of film cooling at the leading edge of a symmetrical turbine blade model // Int. J. Heat Fluid Flow. 2001. V.22. P. 113−122.
- Lakshminarayana, B. Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, N.Y.: Wiley Interscience. 1996. 809p.
- Leylek, J. H., Zerkle, R. D. Discrete-jet film cooling: a comparison of computational results with experiments // ASME J. Turbomachinery. 1994. V. 116. P. 358−368.
- Lee H.W., Lee U.G. Effects of bulk flow pulsation on film cooling with shaped holes // ICUMT Turbine. 2000. Cesme. Turkey. P. 71−72.
- Ligiani P.M., Bell C.M. Film cooling subject to bulk flow pulsations: effects of density ratio, hole length-to-diameter ratio, and pulsation frequency. // Technical Note. IJHMT. V. 44. 2001. P. 2005−2009.
- Lin Y. L. and Shih T. I-P. Computations of discrete-hole film cooling over flat and convex surfaces // ASME paper no. 98-GT-436.
- Lutum, E., J. von Wolfersdorf, Weigand B., Semmler K. Film cooling on a convex surface with zero pressure gradient flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2000. V.43. P. 2973−2987.
- Makino M., Kumada M., Yang (ed) W.J. Effects of wall curvature on the full-coverage film cooling effectiveness // Heat Transfer and fluid flow in rotating machinery. 1987a. P. 103−112.
- Mayle R. E., Kopper F. C., Blair M. F., Bailey D. A. Effect of streamline curvature on film cooling // Journal of Engineering for power. 1977. V. 99. P. 77−82.
- Mhetras Sh., Han Je-Chin and Rudolph Ron Film-cooling effectiveness from shaped film cooling holes for a gas turbine blade // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008 June 9−13, 2008, Berlin, Germany. GT-2008−50 916.
- Muck K. C., Hoffmann P. H., Bradshaw P. The effects of convex surface curvature on turbulent boundary layers, // Journal of Fluid Mechanics. 1985. V. 161. P. 347−369.
- Muck K. C., Hoffmann P. H., Bradshaw P. Hie effects of concave curvature on turbulent boundary layer // Journal-of Fluid Mechanics. 1985. V. 161. P. 371−403.
- Muska J.F., Fish R.W., Suo M. The additive nature of film cooling from row of holes // Trans. ASME. 1976. V. A98. No.4. P. 457−463.
- MTU Report winter-spring 2005−2006. P. 28−29. www.mtu.de
- MTU Report January 2003. P. 16. www.mtu.de
- MTU Report winter-spring 2007−2008. P. 11. www mtu. de
- Polanka, M.D., Ethridge, M.I., Cutbirth, J.M., Bogard, D.G. Effects of Showerhead Injection on Film Cooling Effectiveness for a Downstream Row of Holes // ASME Paper. 2000. 2000-GT-240.
- Schwarz, S. G. Film cooling of curved surfaces. Ph.D. Thesis, University of Minnesota, MN. 1986.
- Schwarz, S.G. and Goldstein, R.J. The Two-Dimensional Behavior of Film-Cooling Jets on Concave Surfaces // ASME Journal of Turbomachinery. 1988. V. 111. P. 124−130.
- Schwarz S. G., Goldstein R. J., Eckert E. R. G. The influence of curvature on film cooling performance // Journal of Turbomachinery. 1991. V. 113, P. 27−33.
- Sellers Jr. J. P. Gaseous film cooling with multiple injection station // AIAA Journal. 1963. Vol.1. No. 9. P. 2152−2154.
- Sinha, A. K., Bogard, D. G., and Crawford, M.E. Film Cooling Effectiveness Downstream of a Single Row of Holes with Variable Density Ratio // ASME Journal of Turbomachinery. 1991. V 113. P. 442−449.
- Smirnov E., Smirnovsky A. Turbine vane cascade heat transfer predictions using a modified version of the y Ree laminar-turbulent transition model // Int. Symp. on Heat Transfer in Gas Turbine systems, Antalya, Turkey. 2009. IIP.
- So, R.M.C. and Mellor, G. L. Experiments on convex curvature Effects in turbulent boundary layers // Journal of Fluid Mechanics. 1973. V. 60. No.l. P. 43−62.
- STAR-CD version 3.22. Methodology. CD adapco Group. 2004. 314 P.
- STAR CCM+ version 5.04. User’s guide. CD adapco Group. 2010. 6912 P.
- Takeishi, K., Aoki, S., and Sato, T., and Tsukagoshi, K. Film Cooling on a Gas Turbine Rotor Blade // ASME J. of Turbomachinery. 1992. V. 114. P. 828−834.
- Theodoridis, G., Lakehal, D., Rodi, W. Three-dimensional calculations of the flow field around a turbine blade with film cooling injection near the leading edge // Flow, Turbulence and Combustion. 2001. Vol. 66 P. 57−83.
- Undapalli S., Leylek J. H. Ability of a popular turbulence model to capture curvature effects: a film cooling test case // Proceedings of ASME Turbo Expo 2003. GT-2003−38 638. 13 P.
- Walters D.K., Leylek J.H. A systematic computational methodology applied to a three-dimensional film cooling flowfield // Journal of Turbomachinery. 1997. V. 119. P. 777−785.
- Walters, D.K. and Leylek, J.H. Computational study of film-cooling effectiveness on a low-speed airfoil cascade—Part 1: Methodology and validation // Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference. 2002. V. 1. P. 281−288.
- Waye S. K., Bogard D. G. High resolution film cooling effectiveness comparison of axial and compound angle holes on the suction side of a turbine vane // Proceedings of ASME Turbo Expo 2006 May 8−11, 2006, Barcelona, Spain GT2006−90 225. 9 P.
- York W.D., Leylek J.H. Three-dimensional conjugate heat transfer simulation of an internally-cooled gas turbine vane // ASME Paper. 2003. GT2003−38 551. 10 P.
- Zhang L. and Moon H-K. Turbine blade film cooling study the effects of film hole location on the pressure side // Proceedings of ASME Turbo Expo 2007 May 14−17, 2007, Montreal, Canada GT2007−27 546. 10 P.
- Материалы с сайта http://fiuent.by.ru Краткое описание моделей турбулентности. 6 С.