- •1. Принцип энергии. Первое начало термодинамики для движущегося газа
- •2. Принцип энтропии. Показать знак изменения энтропии системы при теплообмене
- •3. Термодинамические функции состояния и процесса
- •4. Термодинамическое определение температуры через количество возбужденных и невозбужденных атомов
- •5. Формула Больцмана для энтропии системы. Определить энтропию системы, состоящую из 1000 атомов, 2 из которых находятся в возбужденном состоянии
- •6. Требования к температурному состоянию системы «газотурбинный двигатель»
- •7. Источники тепла в двигателе. Максимально и минимально возможные уровни температур
- •9. Диаграмма теплового баланса при сгорании (окислении) топлива. Высшая и низшая теплотворные способности топлива
- •10. Классификация нефти по групповому составу
- •11. Физические механизмы переноса тепла
- •12. Понятие пограничного слоя. Критерий принадлежности пограничному слою. Толщина пограничного слоя
- •13. Толщина вытеснения, потери импульса и энергии
- •14. Вывод уравнения Кармана и его анализ
- •16. Уравнение движения газа для турбулентного течения
- •19. Понятие коэффициента теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопроводности. Смысл введения коэффициента теплоотдачи
- •20. Связь коэффициента теплоотдачи с числом Рейнольдса
- •22. Факторы, влияющие на процессы теплоотдачи при обтекании лопаток турбины в реальных условиях
- •23. Турбулентность и ее измерение. Спектр турбулентности. Волновое число
- •24. Понятие эффективной турбулентности. Энергетический и диссипативный диапазоны волновых чисел
- •25. Эффективность конвективного охлаждения. Анализ его выражения. Критерий оптимальности эффективного охлаждения
- •26. Пленочное охлаждение. Эффективность пленочного охлаждения. Основной фактор влияния на эффективность
- •27. Зависимость Кутателадзе-Леонтьева
- •28. Соотношения Кришнамурти и Абу-Ганэма влияния турбулентности на коэффициент теплоотдачи
- •30. Механизм влияния нестационарности на эффективность пленочного охлаждения
- •31. Трехмерные эффекты в граничных условиях на поверхности лопаток турбин
- •32. Изменение коэффициента теплоотдачи во внутреннем петлевом канале охлаждающего воздуха (со стороны спинки и корыта) при вращении и его отсутствии. Число Россби
- •33. Параметр оребрения. Влияние оребрения на эффективность охлаждения
- •34. Смысл лобового натекания. Критериальное выражение для коэффициента теплоотдачи при лобовом натекании
- •35. Понятие термоциклического нагружения. Фазовые траектории термического нагружения лопаток и дисков
25. Эффективность конвективного охлаждения. Анализ его выражения. Критерий оптимальности эффективного охлаждения
Для практических целей широко используется такая характеристика, как эффективность охлаждения , которая есть отношение теплового сопротивления на границе газ-стенка к общему тепловому сопротивлению (сумме сопротивлений газ-стенка, стенка, стенка-охлаждающий воздух) при равенстве тепловых потоков, то есть:
, откуда видно, что с увеличением теплоотдачи со стороны охлаждающего воздуха эффективность охлаждения приближается к асимптоте, меньшей 1. При очень хорошем охлаждении ( ) эффективность конвективного охлаждения не превосходит значения 0,5. Это значит, что при допустимой для длительной работы температуре поверхности лопатки турбины 10000С и температуре охлаждающего воздуха 6000С максимально допустимая температура газа перед турбиной не должна превосходить 1600К. При дальнейшем увеличении термодинамической температуры необходимо вводить плёночное охлаждение.
Для увеличения интенсивности охлаждения эффективно используется оребрение, позволяющее увеличить площадь теплообмена, а также интенсифицировать перемешивание нагретых слоев воздуха у стенки с ядром потока. Необходимо иметь в виду, что интенсификация теплоотдачи со стороны охлаждающего воздуха приводит к росту гидравлических потерь и, соответственно, увеличению потребной мощности, затрачиваемой на прокачку охладителя. Поэтому при выборе схемы и параметров конвективного охлаждения необходимо оценивать так называемые насосные потери. В качестве критерия оценки эффективности оребрения обычно используется отношение Nu / f 1,3 к (Nu / f 1,3)о , где f - коэффициент трения, равный
D - гидравлический диаметр
L - длина канала
индекс “о” относится к гладкому каналу.
Это отношение (Nu / f 1,3) зависит от числа Re так, что с его увеличением оно уменьшается, т.е. потери на трение в оребренных каналах увеличиваются в большей степени, чем коэффициент теплоотдачи. Как правило, при одинаковых потерях на трение коэффициент теплоотдачи в оребренных каналах в 1,5...2,0 раза выше, чем в гладких.
26. Пленочное охлаждение. Эффективность пленочного охлаждения. Основной фактор влияния на эффективность
Суть плёночного охлаждения заключается в создании пристеночного слоя вблизи охлаждаемой поверхности за счет выдува охлаждающей жидкости (воздуха, водяного пара и т.п.) с температурой, меньшей, чем температура газа. В процессе выдува за счет перемешивания вблизи поверхности образуется «плёнка», т.е. смесь воздуха и газа с пониженной температурой. Эффективность плёночного охлаждения определяется подобно эффективности конвективного охлаждения:
.
Выдув пленки в поток может быть организован через щели или ряды отверстий. В последнем случае траектория струи охлаждающего воздуха отклоняется под воздействием внешнего потока. В результате реализующейся криволинейной траектории в струе возникает поперечный градиент давления и, соответственно, вторичное течение, которое усиливается за счет силы трения при обтекании струи внешним потоком. Это приводит к распаду охлаждающей струи на два противоположно вращающихся вихря (“почкообразный” вихрь). Струя охлаждающего воздуха может присоединиться к охлаждающей стенке, обеспечивая снижение температуры среды, взаимодействующей со стенкой. При определенных условиях (избыточном импульсе охлаждающего воздуха) эта струя может оторваться от поверхности и способствовать подсасыванию горячего газа на поверхность охлаждаемой стенки, существенно ухудшая эффективность пленочного охлаждения. В любом случае, непосредственно в районе выдува воздуха структура течения существенно трехмерна, чем обусловлены трудности математического моделирования охлаждения. Начиная примерно от расстояния, равного десяти диаметрам вниз по потоку (x/D > 10), структура течения близка к двумерной. Это дает возможность сформировать достаточно простую модель эффективности пленочного охлаждения, используя двумерную модель турбулентного пограничного слоя.