автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Исследование теплоотдачи в полостях роторов турбомашины

ХАРЬКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕЗГИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА

На правах рукогаси Загоруйко Геннадий Евгеньевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ В ПОЛОСТЯХ РОТОРОВ ТУРБОМАШИН

05.04.12 - турбомашинн и турбоустановки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харькав-1991

Работа выполнена на кафедре турбияостроения Харьковского политехнического института имени В.И.Ленина

Научный руководитель - доктор технических наук, V профессор Капинос В.М.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Маляренко В.А.; кандидат технических наук, доцент Волков В.И. Ведущее предприятие - Производственное объединение "Харьковский турбинный завод" им.С.М.Кирова

Защита состоится 1991 г. в I / час,

на заседании специализированного совета Д 068.039.01 при Харьковском политехническом институте имени Б.И. Ленина (310002, Харьков, ГСП, ул. Фрунзе, 21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского политехнического института имени В.И.Леюша.

Автореферат разослан

1991 Г.

Ученый секретарь /

специализированного совета ,•■ у, Зайченко Е.Т.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Для обеспечения роста единичной мощности ГТУ повышаются начальные параметры рабочего тела перед турбиной, а также увеличивается расход газа. Это приводит к существенным изменениям в конструкции современных газовых турбин - увеличению проходных сечений в проточной части, а значит увеличению длины рабочих лопаток, росту средних диаметров ступеней. Рост папря-кепий от центробежных сил • в совокупности с высоким уровнем температуры рабочего тела предъявляет повшзетше требования к эффективности системы охлаждения ГГУ. В то те время применение-эхлакдения приводит к росту дополнительных потерь, снижает удоль нуга мощность турбоустановки. В связи с этим системы охлаждения проектируются таким образом, чтобы обеспечить надежную работу элементов ГТУ при их- температуре близкой к предельно допустимой. Это приводит к непрерывному повышения требований к точности 1 достоверности расчета термонапрякенного состояния деталей ГТУ. Зуиественное влияние на результаты численных исследований на зтадии проектирования оказывают граничные условия теплоотдачи, задаваемые при расчетах.

Важными элементами системы охлаждения ротора ГТУ являются толости, образованные дисками соседних ступеней. В настоящее врв т для расчета граничных условий теплоотдачи на боковых говерх-гостях вращающихся полостей с радиальным течением оялавдаодего зоздуха в основном используются уравнешш подобия, полученные три опытных исследованиях точения в узких радиальных диффузорах I конфузорах с вращающимися стенками. Разнообразив форм и разме-юв трактов охлавдения современных ГТУ ставит задачу уточнения граничных условий теплоотдачи за счет исследования течений охлаж дещей среда в каналах, моделирующих реальные элементы системы >хлаждения.

Цель работы - проведение взаимно дополняющих экспериментам» шх и численных исследований течения и теплообмена во вращаших-:я полостях с радаалышм течением охладителя с целью совершенствования и повышения точности расчетов систем охлаждения ГТУ.

Научная новизна работы : - проведено опытное исследование теплообмена и получены корре-

ляционные зависимости для безразмерного коэффициента теплоотдачи во вращающейся полости с радиальным течением охладителя к периферии при радиальном входе воздуха в полость;

- исследовано влияние условий выхода охладителя из полости на теплоотдачу ее боковых поверхностей;

- проведено опытное исследование теплоотдачи во вращающейся полости с радиальным течением охладителя к периферии при осевом вход1? воздуха в полость в широком диапазоне изменеиия критериев подобия; получены корреляционные зависимости для данного варианта течения;

- исследовано влияние радиальных ребер на теплоотдачу вращающейся полоста при радиальном течении охладителя;

- разработана методика и создана программа для численного расчета турбулентного течения вблизи вращающегося диска;

- проведены численные исследования гидродинамики и теплообмена при течении охладителя от центра к периферии в канале между двумя вращающимися дисками.

Практическая ценность работы. На основании экспериментальных исследований получены корреляционные зависимости для расчета граничных условий теплообмена в элементах тракта охлаждения современных ГГУ, что позволяет более точно определять термонапря жошюе и термодеформированное состояние роторов турбомамин. Разработанный метод расчета турбулентного течения в канале между вращающимися дисками позволяет определять гидравлическое сопротивление придисковых полостей, что особенно важно при расчете системы охлаждения ГТУ.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа связана с выполнение .,1 исследования по хоздоговору с НПО ЦКТИ. Основные результаты работа внедрены в НПО ЦКТИ и ПО ХТГЗ.

Апробация работы. Основные разделы диссертации доложены :

- на 2-й Республиканской конференции "Совершенствование теории и техники тепловой заиигы энергетических устройств", г.Житомир, сентябрь 1990 г.;

- на 4-й Всесоюзной конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодииамики г.Новосибирск, март 1991 г.;

- на Республиканской научно-технической конференции "Мзте-

матическое моделирование и вычислительный эксперимент для совер-пенствования энергетических и транспортных турооустановок в процессе исследования, проектирования, диагностирования и безопасного функционирования.",г.Змиев, сентябрь 1991 г:

-на ежегодных научно-технических конференциях профессорам- * преподавательского состава, сотрудников и аспирантов ХПИ им.В.И.Ленина

Публикации. Основные результата диссертационной работы опубликованы; в 2 печатных работах, одна статья принята к печати.

Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников, включавдего 59 наименований. Содержит 90 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой

теш.

Первая глава содержит обзор литературных источников по теме работы и формулирует основные задачи исследования.

Из проведенного литературного обзора следует, что вопрос описания гидродинамики течения и процессов теплообмена во вращат вдихся полостях является актуальным и интенсивно исследуется экспериментальными и числеиными методами.

Сделан анализ исследований по изучению' теплообмена во вращающихся полостях с радиальным течением охладителя, обосновывается необходимость проведения экспериментальных работ по определению местных коэффициентов теплоотдачи для условий течения в полостях современных роторов ГТУ.

Обзор литературных источников показал, что для численного расчета течения и теплообмена во многих элементах системы.охлаждения газовых турбин можно использовать систему осреднении уран нений Рейнольдса в приближении пограничного слоя. Использование к-б модели турбулентности для замыкания исходной системы уравнений осредненного движения является во многих случаях предпочтительным. к-е модель турбулентности позволяет рассчитывать различ ше типы течоотй без введения дополни толнмх констант для учета

Ь

специфических особенностей течения, как это требуют алгебраические моде™ турбулентности, основанные на гипотезе Прандтля о длине пути смешения. В то же время, по сравнению с моделью нал ряжений Рейнольдса, k-е модель турбулентности является более простой, проверенной и требует меньших затрат машинного времени при получении приемлемой точности расчетов. Существенное влияние на течение в полостях оказывает вращение, что также хорошо моделируется при использовании k-е модели турбулентности.

Подведены итоги изучения состояния рассматриваемых вопросов на современном этапе и сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава вюпочает вопроси экспериментального исследования теплообмена во вращающихся полостях с радиальным течением охладителя.

Описан экспериментальный стенд, на котором определялись мес твде коэффициенты теплоотдачи боковой поверхности полости, приве дена методика проведения и обработки опытных данных.

Основным элементом экспериментальной установки является стеклотекстолитовай даек-калориметр, на котором расположены концентрические полосовые нагреватели, выполненные из металлической фольги. Измерение температуры нагревателей осуществляется термопарам! типа хромель-копель. Автономное регулирование электрической мощности каждого из нагревателей позволяет в каждом из иссле дованных вариантов дисковых систем получить значения местных коэффициентов теплоотдачи при заданном распределешш температуры по радиусу диска.

Модельный участок состоит из двух полостей, образованных диском-калориметром, который расположен посередине, и двумя огра-ничивагадами дисками. На периферии полость ограничена сменной стальной обечайкой. Конструкция модельного участка позволяет устанавливать боковые диски с различной формой поверхности и изменять относительную ширину s/ro каждой из полостей в пределах от 0.05 да 0.5.

На основе теории подобия обоснован выбор вида критериальных уравнений, оттисыващих. теплообмен во Ердалэдейсч вентилируемой полости.

Для проверю' измерительной систем» и принятей' методики

с.

обработки экспериментальных данных были проведет! исследования по определению коэффициентов теплоотдачи диска - калориметра, по мешенного в условия свободно вращающегося диска.

Опыты проводились при постоянной по радиусу температуре диска (при температурном напоре не менее 20'С) в интервале 'отсел РеЯнольдса от 1.2-104 до 6.8 105 и охватывали ламинарную, смешанную и турбулентную области течения в пограничном слое на свободно вращающемся диске.

Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать заключение о хорошем соответствии получешшх опытных значений безразмерных коэффициентов теплоотдачи известным экспериментальным и теоретическим данным.

Подвод воздуха в полость осуществлялся в соответствии с особенностями конструкции системы охлаждения ротора датой ГТУ. Визуализация течения во вращающихся полостях,описанная в литературе, показала, что условия входа влияют на размеры входной области и характер течения в неА. При определенных условиях- большом расходе охлаждающей средн. малом Пеш , входная область может заполнить всю полость.

В первой серии экспериментов исследовалась теплоотдача от боковой поверхности полости с радиальным течением охладителя от оси вращения к периферии полости при радиальном подводе среда в полость.

При радиальном входе с увеличением скорости вращения размеры входной области уменьшаются, поток разделяется на две части, которые примыкают к пристенным областям обеих боковых поверхностей полости. На периферии полости образуется стоковый слой. Очевидно, что каждой области течения должен соответствовать свой закон .изменения Ни от определяющих характер течения величин.

Диапазон изменения расходного числа Рейнольдса - от 5.31(1* до 2.69-Ю4. Число Рейнольдса вращения изменялось в пределах от 105до 10б. Относительный радиус полости 1 < х < 1.619.

Характер изменения числа Нуг.сельто следующий : при относительно небольших'значениях №.. и больших значениях Иег число

№ и

Нуссельта практически не меняется с увеличением Бе^. Затем, с какого-то момента, определяемого совокупностью значений Иеш и Ивр, ускорение вращения полоста приводит к росту Ш. То есть.

для всех значений расхода охладителя через полость существуют две закономерности изменения числа Нуссельта от числа Рейнольдса вращения. Первая - когда величина числа Nu определяется только значением расходного числа Рейнольдса. Вторая - когда на теплоотдачу начинает влиять также скорость вращения полости.

Экспериментальные данные обобщены следующими корреляционными зависимостями: для первого режима течения

Nu = 0.176-Reg-8-x3-48 , (1) -

для второго режима течения, когда Ве^'^йе^"8 х-3"4® > 10,

Nu = 0.0172-Не°'8 , (2)

При помощи сменных обечаек варьировались условия выхода охладителя из полоти, что позволило определить их влияние на теплоотдачу Соковых поверхностей полости. Различные условия обтекания противоположных поверхностей полости моделировались при использований одного и того же диска-калориметра.

В случае, когда отверстия для выхода охладителя смещены в сторону от диска-калориметра, что сопровождается отклонением потока охладителя в эту зкэ сторону, числа Нуссельта описываются критериальными зависимостями : для первого режима течения

Nu= O.U4R9^'8-x3-39 , (3)

для второго режима течения ( Rej^Re^0,0 х~3-39 > 8.7)

Nu= 0.0166-Re®'8 , (4)

Можно сделать вывод, что первый режим течения, в которой Nu определяется только значением расхода охладителя, очевидно соотвот ствует входной, тага источниковой, области течения в полости. По

мере увеличения По размер« источнигеовой области уменьшаются, а

«

теплоотдача боковой поверхности полости определяется величиной

Rv

Из сравнения зависимостей (1), (2) и (3), (4) следует, что условия выхода воздуха оказывают слабое влияние на теплоотдачу боковых поверхностей вращающейся полости.

При осевом входе потока имеются отличия в характере течения в полости, особенно во входной области. Как показали опыты по визуализащш течения в таких полостях, приведенные в литературе, при малых расходах охладителя струя воздуха, попадая в полость, распадается и охладитель поровну распределяется между двумя дисками. При большом расходе охладителя струя ударяется о даек, лежащий вниз по потоку, а затем радиальный шток течет к периферии вдоль диска, как пристенная струя. На. некотором радиусе, величина которого определяется совокупность» значений Reß и Reu, часть жидкости отделяется от пристенной струи, а затем примыкает к противоположной боковой поверхности полости, и далее течение подобно течению в полости с радиальным входом.

Распространенным элементом системы охлаждешя роторов газовых турбин является вариант с течением охлаждающей среды под покрывным щитком. Особенно часто такая конструкция используется для охлаждения боковой поверхности диска первой ступени газовой турбины. Этот вариант организации охлаждения диска является част ным случаем полости с радиальным течением охладителя к периферии. Была исследована полость о относительной шириной з/г0=О.Об, в пределах относительных радиусов полости, равных 1.44 <х < 2.6. Диапазон изменения расходного числа Рейнольдса составлял 8.8104 < Reß < 0.5-106. Число Рейнольдса вращения изменялось в пределах 2.9104< Re < 10б.

ш

Зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса вращения аналогична зависимостям, полученным для полостей с радиальным входом охлаждающей среды, В результате обобщения экспериментальных. данных получены следующие корреляционные зависимости : для первого режима

Nu-- 0.055Re£-8 , (6)

П Я -Г) чч для второго ретма { Rejy Itec " > 55)

Nu= 0.0Q1 -На[|-25'Ее°-а

(6)

В реальных систёмах охлаждения роторов соЕременных ГТУ отно сительная ширина полости меняется в широком диапазоне - от Q.05 до 0.5 и более. Для определения местных коэффициентов теплоотдачи в полостях с большими значениями относительной ширины, была проведена серия экспериментальных исследований на модельной полости со следующими геометрическими параметрами : относительная ширина полости з/г0= 0.5, относительные радиусы полости 1.44 <х< 2.6. Диапазон изменения расходного числа Рейнольдса: 9-103< ReG< 0.4-10®. Число Рейнольдса вращения изменялось в опытах в следующих пределах: 2.9-104< Reu < 10®.Зависимости для числа Нуссельта в полостях с малой и большой относительной шириной имеют сходный характер.

Корреляционные зависимости для местного числа Нуссельта: для первого режима

Nu = 0.2-Re^-8 (7)

для второго режима ( Re°-8ReQ0,57 > 100 )

Nu = 0.002-Re[?-23-Re°'8 - (8)

Опытные данные, полученные при относительных зазорах 0.06 и 0.5 обобщены корреляционными зависимостями : для первого режима :

Ни= 0.31-(s/ro)0-62Re^-8 . (9) для второго режима, гфя (з/г > 124 :

Nu= 0.0025-(s/r0)°-21-Re^-23Re^-8 , (10)

Если предположение о характере влияния расходной и окружной составляющей скорости потока на теплоотдачу боковой поверхности вращающейся полости верны, то установка радичльних ребер на поя-

рывном щитке никак не должна сказаться на зависимости Ни от Ие вращения при первом режиме течения в полости. Во втором режиме течения, при увеличении скорости вращения радцалыше ребра, предотвращая появление окружной скорости обтекания диска, должны значительно повлиять на закон изменения числа Нуссельта. Исследование теплообмена при течении под покрывши щитком с радиальными ребрами представляет значительный интерес, так как подобные конструкции применяются при проектировании реальных ГТУ.

Для моделирования геометрии исследуемого элемента системы охлаждения на ротор экспериментального стенда были установлены диски с 88-ю радиальными ребрами высотой 5 ш»ширина ребра 3 мм. Диски крепились на расстоянии 6 мм от диска - калориметра, тагам образом зазор между ребрами дисков-и поверхностью диска--калориметра составлял 1 мм.

Для первого режима течения получена следующая корреляционная зависимость:

№д = 0.0557-{Ц?-8 , (11)

для второго режима ( Не^-18йец0,14 > 1.5 ) :

Ш = 0.03Т-йе°-18-йе°д66 , (12)

Величины, подсчитанные по уравнению (11) отличаются от чисел Нуссельта, определенных по (5) для покрывного щитка без ребер не более чем на 1.5 % ,т.е. в пределах погрешности опытного исследо вания. Отсюда следует, что установка радиальных ребер практически не повлияла на теплоотдачу'при первом режиме течения под покрывным щитком.

При втором рекиш течения установка радиальных ребер значительно снижает влияние окружной составляющей' скорости на теплоотдачу. Влияние расхода при наличии радиальных ребер продолжает оставаться значительным.

По данным анализа погрешностей относительная погрешность определения чисел Нуссельта составляет 7-9 % .

В третьей главе описан чипленрнй метод рчсчетя течения и

Ц

теплообмена вблизи вращающихся дисковых систем.

При исследовании осесимметричных течений удобно использовать коническую систему координат. Примем, что физические свойства среды (плотность,теплоемкость, вязкость и теплопроводность), зависящие в общем случае от температуры и давления, постоянны.

Для расчета турбулентного течения вблизи поверхности вра-щащегося диска используем к-е модель турбулентности.

Тогда для стационарного течения несжимаемой жидкости в пограничном слое на вращающемся диске записывается следующая система уравнений : уравнение неразрывности

^ + = 0 , (13)

уравнение сохранения количества движения в' направлении оси х

уравнение сохранения количества движения в окружном направлении

+ = [гЗ^.^й^П], (15)

уравнение энергии

от . „ ат _ 1 а г_, а. , ^ ч ат] М(И Ри ш + Р* Эу = г Эу [г1~с? + ~р?7 ) Зу] • (16)

уравнение переноса кинетической энергии турбулентных пульсаций

Ч^}2] - -2 И^)2 • ^

уравнение переноса скорости диссипации турбулентной энергии

рцй * < Кф ш-у с, fM®f+

W^W (

[[§)4r9J$n2ff

Турбулентная вязкость р., определяется уравнением :

(19)

Эмпирические константа, входящие в систему уравнения : турбулентное число Прандтля Prt= Q.9;

0^=1.0; ое= 1.3; с4=1.44;

Ся=1.92-(1.0 - 0.3ехр(-Пе*)]; 0.09ехр(-3.4/(1 +Re/50)21, nU2

где Ret= -Щ- - турбулентное число Рейнольдса.

Для численного решения системы уравнений (14)...(18) ис-юльзовался мотод контрольного обьемз. Расчетная область разби-завтся на некоторое число контрольных объемов, по каждому из которых интегрируется исходное дифференциальное уравнение. В ре-)ультатэ находят дискретный аналог дифференциального уравнения, ! который входят значения зависимой'переменной з нескольких уз-ювых точках. Полученный таким образом дискретный аналог выра-taer закон сохранения зависимой переменной для конечного конт-юльного объема точно так же, как дифференциальное уравнение вникает закон сохранения этой зависимой переменной для бесконечно илого контрольного объема.

Полученная после дискретизации система линейных алгебраи-еских уравнений, размерность которой равна количеству контроль-нх обьемов, решается методом прогонки .

Описанный метод расчета течения типа пограничного слоя близи вращающегося диска реализован в программе для ЭВМ на лгоритмическом языке FORTRAN 77 .

В четвертой главе приведены результата численных исследова-itft течения и теплообмена свободно вращающегося диска, а ташке зчения охладителя в канале меящу двумя вращающимися дисками.

Для диска, вращающегося в покоящейся жидкости йР/йх = О. Грагогпшо условия задачи имеют вид: • на поверхности диска, при

у = О : и = 0; Уф = иг; 1 = Теш; К = е = О. На внешней границе пограничного слоя, при ,

у = с : и - Уср = К = 6 = 0: Т = Тя, где Теш - температура стешет, постоянная по радиусу; б - толязша пограничного слоя;

Тж - теютература окружающей средн.

В проведенных расчетах использовалась сетка, состслщая из 91 узла в поперечном направлении, для сгущения сет1Ш у поверхности диска использовалось специальное преобразование координат. Величина шага по продольной координате х принималась равной 20Я) от толщины пограничного слоя. Расчет начинался при ламинарном течении и продолжался до 11еш= 2-10*, когда начинается переходный рент» течения в пограничном слое. Начиная с этого момента подключалось решение уравнений для кие.

Проведеншэ численные исследования показали, что использование к-е модели турбулентности позволяет достаточно точно рассчитать характеристики течения и теплообмена вращающегося в свободном пространстве диска, ь широком диапазоне числа Рейнольдса вращепяя.

Уравнения тонкого вязкого слоя достаточно точно описывают двумерные и осэсимметричные внутренние течения. Течение в канале мекду двумя гращаюцямися дисками во многих случаях является параболическим, то есть течением, где есть преобладающая сос-тавлящая скорости вдоль пространственной координаты, в связи с чем конвективный перенос всегда превышает диффузию в направлении вдоль этой координаты. Поэтому изменение давления в направле 1ши поперек течения должно быть пренебрежимо малым.

Основное отличив в численных методах расчета внутренних и внешних течений состоит в том, что при расчете стационарных внутренних течений градиент давления должен быть вычислен в процессе решения задачи, а не задан заранее, как в случае внешних точений. Градиент давления находится из условия сохранения суммарного расхода через канал при отсутствии вдува или отсоса через стенку. Так как для параболических уравнений началь

Н

вое распределение скорости и температуры должно быть задано, то задан и расход. Необходимо определить градиент давления, обеспечивающий поле скорости, удовлетворяющее заданному расходу через канал.

Метод расчета основан на предположении о постоянстве коэффициентов разностных уравнений, которые не долкны меняться при подборе градиента давления, удовлетворяющего условию сохранения расхода.

Анализ результатов численного исследования по определению градиента давления в канале при течении охладителя между двумя вращающимися дисками показывает хорошее совпадение с известными экспериментальными данными.

Выполненные тестовые расчеты дают хорошев согласование между расчетными и экспериментальными значения™ радиальной и окружной составляющих скорости для данного варианта течения.

Приведено сравнение расчетных и экспериментальных безразмерных коэффициентов теплоотдачи для полости с з/г0 = 0.06. Показано, что имеется хорошее согласование между расчетными и опытными величинами Nu в широком диапазоне числа Рейнольдса Ерадония. Численный расчет подтверждает наличие двух областей с различной зависимостью Nu от Re вращения. Полученный результат подтверждает возможность параболической постановки задачи при изучении точения во вращающихся полостях с малой относительной шириной.

Проведенные численные исследования доказывают возможность использования разработанной методики при расчетах течения и теплообмена в реальных вращагаихся вентилируемых полостях роторов турбомашш.

В пятой главе изложены результаты расчетов по определению местных коэффициентов теплоотдачи в каналах системы охлаждения ротора газовой турбины ГТЭ - 150 ПО MS.

На первой ступени газовой турбины ГТЭ - 150 боковая поверхность диска закрыла покрывным шигком с радиальными ребрами, под которым продувается охлаидащий гоздух.

Если принять среднюю ширину полости равной 20 мм, то при радиусе подвода охлаждающего воздуха го= 460 мм критерии подобия па ста-ционярпом рпгиче рпботы турбоагрегата при ,?000 об/мин ттргагимают

следушле значения : Ие^ = 3.4-104 ; Ее^ = 1.66-Ю7 * 5.9 107, з/го = 0.043 ; местный радиус лежит в пределах от 460 ж до 865 мм. При данной совокупности йеи и Нес год покрывным щитком реализуется второй режим течения. Значение местных коэффициентов теплоотдачи, полученных в результате использования корреляционной зависимости (12) примерно в два раза выше по сравнению с дан ныш НПО ЦКТИ, что является существенным при расчете теплового состояния диска 1-ой ступени, особенно в переходных режимах рабо ты турбоустановки.

При установке ребер на покрывном щитке усиливается вентиляционный эффект от вращения полости, но в то же время уменьшается коэффициент теплоотдачи на поверхности диска. Для приведенных выше значений йе^ и Неы 1-й ступени ГТЭ-150 коэффициент теплоотдачи уменьшается в 1.? раза.

По геометрическим параметрам остальные полости системы охлаждения ротора газовой турбины ГТЭ-150 и модели, на которой проводились исследования теплоотдачи диска при радиальном подводе охладителя, довольно близки между собой.

Расчет показывает, что на стационарном ре хаме ГТУ во всех полостях реализуется второй режим течения, при котором необходимо пользоваться зависимостью (10) для определения местных значений коэффициента теплоотдачи.

Расчетные значения местных коэффициентов теплоотдачи примерно на 25 % превышают аналогичные значения, принятые НТО ЦКТИ.

В результате сравнения коэффициентов теплоотдачи в полостях ротора газовой турбины ГТЭ-15Ц, полученных с использованием корреляционных зависимостей, с расчетными данными НПО ЦКТИ можно сделать вывод о существенном уточнении граничных условий теплоотдачи.

ВИВОДЫ

1. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что в цилиндрических вращающихся полостях с радиаль ним течением охлаждающего воздуха наблюдается два вида закономер ностей, описывающих теплоотдачу диска. В первом режиме, при значительном расходе охладителя и пеболыюй скорости вращения полос

1С

ти, число Нуссельта определяется величиной расхода охладителя. Во втором режиме, при более высокой скорости вращения, основное влияние на величину местного числа Нуссельта оказывает число Рейнольдса вращения.

2. Получены корреляциошше зависимости для определения мест ной теплоотдачи во вращающихся полостях с радиальным и осевым входом охладителя, с определением параметров, при которых происходит переход от первого режима ко второму.

3. Установлено слабое влияние условий выхода охладителя из полости на теплоотдачу ее боковых поверхностей.

4. Проведенные исследования по определению местной теплоотдачи боковой поверхности диска под покрывным диском с радиальными ребрами показали, что установка радиальных ребер практически не повлияла на теплоотдачу боковой поверхности полости в первом режиме течения. Во втором режиме наличие реОер существенно снижает влияние вращения на значения местных чисел Нуссельта.

5. Получены корреляциошше зависимости для определения мест ной теплоотдачи под покрывным щитком с радиальными ребрами, с определением параметров,при которых происходит переход от первого режима ко второму.

6. Разработана методика и создана программа расчета течения вблизи вращавдаюцдхся дисковых систем в параболической постановке задачи, на основе двухпарамвтрической К-е модели турбулентное ти.

7. Расчет точения и теплообмена свободно вращающегося диска на основе К-е модели турбулентности показал вполне удовлетворительное совпадение с экспериментальны;™ данными по полям скоростей и коэффициентам теплоотдачи, что свидетельствует об эффективности использованной модели турбулентности для расчета закрученных потоков.

8. Проведены численные расчеты полей скоростей, давления и коэффициентов теплоотдачи при течении охладителя от центра к периферии в канала мевду двумя вращающимися дисками. Сравнение с экспериментальными данными показало, что математическая модель хорошо описывает течение в канале, образованном двумя вращающимися дисками. Расчеты подтверждают наличие двух видев закономерностей теплообмена, соответствующих различным сочетани-

ям значений критериев подобия.

Публикации по работе

1. Кагошос В.М., Пустовалов В.Н., Загоруйко Г.Е. Идентяфпса ция граничных условий теплоотдачи в междисковых полостях турбома шин // Совершенствование теории и техники тепловой защиты энергетических устройств : Тезисы доклада на республиканской конференции (г. Житомир, сентябрь 1990г.).- Киев : ИТТФ АН УССР, 1990.- с.21.

2. Кагошос В.М., Пустовалов В.Н., Загоруйко Г.В. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена во вращающихся полостях турбомаиин // Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустаповок в процессе исследования, проектирования, диагностирования л безопасного функционирования : Тезисы доклада на республиканской конференции (г. Змиев, сентябрь 1991г.) Харьков : Ин-т пробл. машиностроения АН УССР, 1991, Ч.1.- с. 7778. «

Ответственный за выпуск д.т.н.. проф. Гаркуша A.B._

Подписано к печати я'/..*. 1991 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага тип. Обьем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №>i7.*V .

Харьковское межвучовское арендное полш рафическое предприятие. 310093, Харьков, ул. Свердлова, 115.