Глава XVIII. Тепловая защита летательных аппаратов и их энергетических у (1013646), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Прн изотермическом адуве через каждый ряд щелей эффективность заградительного охлаждения определяется соотношением ((),.,д)„— ~' (Р).„,)! П (1 — (О „))), р=! где р, ( — номера рядов, 452 (18.35) В лопатках газовых турбин конструктивно можно реализовать выдув охладитсля по нормали или под углом к поверхности шрез одни или несколько рядов отверстий (рнс. 18.2!). Выдув охладителя под углом к поверхности р - 90" желателен для снижения газодинамических потерь, обусловленных увеличением толщины пограничного слоя и деформапией его профиля скорости. Зффективност» заградительного охлаждения при адуве охладителя через отверстия изменяется не только в продольном направлении, но и в поперечном. Гидродииамическая картина течения, а следовательно, и процесс теплообмена в этом случае вблизи места вдува охладителя существенно зависит от геометрических характеристик системы вдува: диаметра отверстий о!о, угла наклона оси отверстия к поверхности р, расстояния между отверстиями ! !ищга расположения отверстий), числа рядов отверстий и геометрии их расположения.
Температурное поле на защищаемой поверхности при выдуве охладителя через систему отверстий оказывается менее равномерным, чем прн выдуве охладителя через тангенциальиуго гнсль. Картина течения охладителя через отверстие показана на рис. !8.21. Под действием горячего потока, движущегося со скоростью иьо струя охладителя искривляется и деформируется, ' поперечное сечение струн изменяется от элтиптической формы (при наклонном расположении капала влува !) ( 90') до подковообразной формы. Такая деформация струи сопровождается образованием системы вихрей, заполпягощих попере гное сечение струн и пристеночное пространство. Толщина струи Ь практически изменяешься линейно в зависимости от расстояния от отверстия Ь вЂ”:= 2,252)о + 0,22х.
При относительном шаге отверстий перфорации Я,:, 3 слияние соседних струй охладителя происходит на расстоянии примерно равном хгзе), ы 3...3,5. Рас. !8.21. Картине течения пря адуве оялепнгеля черен огнсрсгяе: ! — наооааланна газового нагона; 2 — отрун оалалнгалн', 2 — огаарогна лла ахуна 453 (/сила д У,Х 7!7 /,7 /Дв Рис. !8.22. Эависимость эффективности заградительного охлаждения от параметра вдува глв при адуве охлади!ела через одиночное отверстие (ке =- 0,22 104; Р = Зо') для различных значений Х = х/зе! ! ... 4 — Х а,!9; 11,11; 31,47; аа,а7 соответственно Характер зависимости эффективности заградительного охлаждения (при вдуве охладителя под углом )) =- 35' через одиночное отверстие) от параметра вдува т, = (ри)/ех/(ри)/! показана на рис.
18.22. При т, < 0,5 с ростом параметра вдува т, эффективность заградительного охлаждения увеличивается, достигает максимума, а затем при т, > 0,5 уменьшается. Такая закономерность изменения О ед объясняется тем, что при малых значениях т, < < 0,5 струя охлздителя плотно прилегает к поверхности, образуя холодный пристенный поток, а при сравнительно больших значениях тв > 0,5 происходит отрыв струи охладителя от поверхности, что и обуславливает уменьшение эффективности заградительного охлаждения. На больших расстояниях от места вдува происходит слияние отдельных струек охладителя, и для расчета эффективности заградительного охлаждения за рядом перфорированных отверстий диаметром г(в и с поперечным шагом их расположения ! можно использовать зависимости для эффективности заградительного охлаждения прн адуве охладителя через сплошную щель (18.34). В этом случае вместо высоты щели Ь, используется эквивалентный ее размер Ь,„ определяемый как отношение площади отверстий 2/ вдува к ширине перфорированной поверхности Ь, = пг(о/(41).
При переменных физических свойствах газового потока и охладителя для различных углов его вдува в пограничный слой в области х )) х, и т, < 1 эффективность заградительного охлаждения можно оценить согласно критериальному уравнению 1,8 Рг/'оз 2/э мад = 1+0,829 (ср/г)с ) 8'в)(р) 484 где 1(р) =- 1 + 1,5 10 а Кегеа ~ — '" " 1 зал(). ит ее При подаче охладителя через перфорированную поверхность, у которой продольный и поперечный шаг перфорации достаточно мал, влияние вдува охладителя на пограничный слой проявляется аналогично, как и в случае вдува через пористую поверхность. Экспериментальные исследования показывают, что под действием вдува охладителя через перфорированную поверхность (5...200 отверстий на 1 см' поверхности) профиль скорости в турбулентном пограничном слое становится менее заполненным, а толщина его увеличивается.
Основным критерием, определяющим влияние вдува на процесс теплообмена н пограничном слое (как и прн пористом охлаждении), является формпараметр г, который для (Ри)м ОЛ турбулентного режима течения равен 1 =- Ке)1, где (ри),— (Ро)н массовый поток охладителя, отнесенный к единице площади защищаемой поверхности. Профиль скоростя в турбулентном пограничном слое на корфа. рированной поверхности можно аппроксимировать степенной зависимостью и (ууиг —— -- (у/бл)н", сх~„ где показатель степени и и толщина динамического погра.
йз ничного слоя зависят только от формпараметра 1„ и при -4— 1м-м. 0,3 1/п =. 0,143+ 2,9~м; бп(бпо == 1+ 13 5(м (18 37) ам~ ел где 6, — толщина динамического слоя на непроницаемой поверхности при прочих равных уело- л4 виях. Согласно экспериментальным дт азиным эффективность заградительного охлаждения теплонзолированной перфорированной поверхности для турбулентного ПОГраНИЧНОГО СЛОЯ С уВЕЛИЧЕ- Рнс. Пидз. 3 внсьмосгн коаффннием формпараметра уменьшает- пнента теплоотдечн (о) н еффек- тнвностн ааграднтельного охлажде.
ся, а коэффициент теплоотдачи ннн (л) ва перфорированной по. увеличивается (рис. 18.23) и верхностн от параметра вдува (м 455 при ( ) 0,3 обобщается следующими критериальными уравнениями: (18. 88) (1 8. 39) ГДЕ Срм Н Ср,, — тЕПЛОЕМКОСтя ОХЛЗДИтЕЛЯ И ГаЗОВОГО ПОтОКа, рн и рг, — плотности охлздителя и газового потока; п =- — 0,5 при р~,/рн (! н и= — 0,25 при р!,(рп ) 1; а„а, — коэффициенты теплоотдачи на проницаемой и непроницаемои поверхностях при прочих равных условиях.
Увеличение коэффициента теплоотдачи на перфорированной поверхности под действием вдува охладителя объясняется интспсификзцией турбулентного переноса тепла в результзте взаимодействия струек охладнтеля с пристенным потоком пограничного слоя, приводящее к разру!нению вязкого подслоя, !З.4. КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН Тепловая защита лопаток газовых турбин позволяет понизить температуру нх поверхностей по сравнению с температурой газа до уровня, при котором обеспечивается надежная работа лопаток из выбранного материала в теченке требуемого срока службы.
Целесообразно выбирать температуру материала лопаток турбин из условия максимально допустимой прочности. Тепловая защита лопаток газовых турбин включает в себя совокупность элементов и узлов, обеспечивающих подготовку охлаждающей среды, подачу ее к охлаждаемой лопатке, систему охлаждения самой лопатки и использование охладителя после отвода теплоты от лопатки. Системз охлаждения лопзтки включает в себя конструкцию охлаждаемой лопатки, обеспечивающую определенную организацию течения охладителя в ней и определенную эффективность Охлаждения. Системы охлаждения лопаток газовых турбин подраздела!отея по роду применяемого охладителя (воздушные, жидкостные н воздушно-жидкостные) и по способу использования охладнтеля в турбине и в двигателе в целом (открытые, замкнутые и полузамкнутые). Из всех систем охлаждения наиболее широко используется в практике авиадвигателестроения воздушная открытая система охлаждения сопловых и рабочих лопаток газовых турбин, в которой воздух, отбираемый от компрессора, охладив лопатки, постуцает в проточную часть турбины н смешивается с газом.
Однако из-за увеличения степени повышения давления в двигателе темпе- 456 ратура охлаждающего воздуха, отбираемого из компрессора, увели ~пвзстгя, что снижает эффективность охлаждения лопаток турбин В этих глучаях необходимо использовать спепиальшяе тсплообяи нные аппараты н даже турбохолодильные агрегатьк в которых температура воздуха понижается до приемлемого уровн5!. Воздуппшя открытая система охлаждения лопаток турбин отличается напоольшим многоооразием схем охлаждения. Это многообразие обья~ пяется стремлением создать высокоэффективную конструкцин~ лопатки, на охлаждение которой расходовалось бы минимально возможное количество воздуха, обеспечивающее требуемые запасы про ~ности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
