Результаты экспериментального исследования локальных характеристик теплоотдачи в оребренных каналах конвективных систем охлаждения ГТУ большой мощности

Об авторах:

Байбузенко Игорь Николаевич, аспирант кафедры «Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки», Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана; igor.baibuzenko@gmail.com

Иванов Вадим Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки», Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана; vadimLivanov@yandex.ru

Аннотация:

Приведено описание конструкций современных систем охлаждения деталей горячего тракта энергетических газотурбинных установок (ГТУ) большой и средней мощности. Показано, что петлевые каналы находят широкое применение для охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбин и что для интенсификации теплоотдачи на стенке канала используются периодически расположенные ребра. Одним из современных подходов для определения характеристик теплообмена в элементах систем охлаждения деталей горячего тракта турбин является нестационарный метод при использовании термохромных жидких кристаллов (ТЖК). В данной работе описан экспериментальный стенд и методика обработки. Представлены результаты исследования теплогидравлических характеристик оребренных каналов системы охлаждения в диапазоне чисел Рейнольдса Re = 100000-180000, который соответствует современным мощным и перспективным энергетическим ГТУ. Обобщенные материалы исследования базируются на локальных значениях коэффициента теплоотдачи для межреберных участков поверхности теплообмена канала лопатки, что позволяет выбирать оптимальный вариант оребрения и повысить достоверность расчета температурного поля лопаток турбины. Также показаны результаты численного моделирования течения и теплоотдачи в канале. Рассмотрены особенности структуры течения.

Список литературы:

1. Байбузенко И. Н. Определение местной теплоотдачи для поверхностей сложной формы с применением термохромных жидких кристаллов / И. Н. Байбузенко, А. А. Седлов, В. Л. Иванов // Авиационная техника. КГТУ им. А. Н. Туполева. 2016. № 2. С. 57-62.
2. Терехов В. И. Обтекание системы из нескольких ребер в условиях высокой турбулентности / В. И. Терехов, Н. И. Ярыгина, Я. И. Смульский // Теплофизика и аэромеханика. 2006. Том 13. № 3. С. 361-367.
3. Bunker R. S. The Effect of Turbulator Lean on Heat Transfer and Friction in a Square Channel / R. S. Bunker, S. J. Osgood // IGTI Turbo Expo 2003 (Atlanta). DOI: 10.1115/GT2003-38137
4. Eckardt D. Gas Turbine Powerhouse. The Development of Power Generation Gas Turbine at BBC-ABB-Alstom / D. Eckardt. Munchen: Oldenbourg Wissenschaftsverlag 2 Gmbh, 2014. 499 p. 
5. Fukuizumi Y. Application of H Gas Turbine Design to Increase Thermal Efficiency and Output Capability of the Mitsubishi M701G2 Gas Turbine / Y. Fukuizumi, J. Masada, V. Kallianpur, Y. Iwasaki // Proceedings of ASME Turbo Expo 2003. DOI: 10.1115/GT2003-38956
6. Jahnson P. Modern Gas Turbine Systems / P. Jahnson. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2013. 816 p. DOI: 10.1533/9780857096067
7. Horlock J. H. Advanced Gas Turbine Cycles / J. H. Horlock. Cambridge, UK: Elsevier Science, 2003. 203 р.
8. Ireland P. T. Liquid Crystal Measurements of Heat Transfer and Surface Shear Stress / P. T. Ireland, T. V. Jones // Measurement Science and Technology. 2000. Vol. 11. Pp. 969-986. DOI: 10.1088/0957-0233/11/7/313
9. Rallabandi A. P. Heat Transfer and Pressure Drop Correlations for Square Channels with 45 Ribs at High Reynolds Numbers / A. P. Rallabandi, H. Yang, J. C. Han // ASME Journal of Heat Transfer. Jul 2009. Vol. 131. Issue 7. DOI: 10.1115/1.3090818
10. Sedlov A. Faster Design of Gas Turbine Parts Using Rapid Prototype Models for Verification of Coonat Flow Characteristics / A. Sedlov, A. Bauer, A. Mozharov, M. Gritsch, V. Kostege // ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition (June 3-7 2013, Texas, USA). Vol. 6D. GT-2013-9418.