Эффективное снижение температурной неравномерности в оболочечных лопатках турбин

Цель. Снижение температурной неравномерности в турбинной лопатке оболочечного типа в условиях подвода и отвода тепла.

Процедура и методы. Проведена математическая постановка задачи о снижении температурной неравномерности оболочки с помощью системы криволинейных каналов теплоотвода. Построение математической модели проводилось с помощью условия неразрывности охлаждающего потока в канале, данных об очаге теплового нагружения, граничных условиях на входе и выходе в канал охлаждения, ограничениях на высоту каналов с применением интерполяционных полиномов.

Результаты. Рассчитаны переменная высота и траектории каналов теплоотвода при заданном неравномерном температурном поле, позволяющие интенсифицировать охлаждение в наиболее термонагруженной области оболочки.

Теоретическая и практическая значимость заключается в возможности применения предложенной модели для разработки формы дефлектора с криволинейными каналами для лопаток газотурбинного двигателя с внутренней системой охлаждения.

1. Wang T., Xuan Y., Han X. Investigation on hybrid thermal features of aero-engines from combustor to turbine // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2023. Vol. 200. Article No. 123559. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123559.

2. Thermal analysis of a gas turbine rotar blade / K. Anoosha, Ch. Akhil Kumar, L. Kesava, V. Bharath, N. Akhil // Interantional Journal of Scientific Research in Engineering and Management. 2024. Vol. 8. Iss. 4. P. 1–8. DOI: 10.55041/IJSREM31271.

3. Лепешкин А. Р. Температуропроводность металлических материалов в условиях воздействия центробежных ускорений и сил // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2013. № 1 (12). С. 336–339.

4. Тугазаков Р. Я. Численное и аналитическое исследование турбулизации сверхзвукового потока вязкого газа // Вестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-Математика. 2024. № 1. С. 68–82. DOI: 10.18384/10.18384/2949-5067-2024-1-68-82.

5. Гулакова С. В., Попов В. Н. О границах применимости гидродинамического подхода к решению задачи о течении Пуазейля // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2014. № 2. С. 52–62.

6. Гермидер О. В. Попов В. Н., Юшканов А. А. Вычисление в рамках кинетического подхода потока тепла в длинном канале постоянного прямоугольного поперечного сечения // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2015. № 2. С. 96–106.

7. Садков А. А., Попов В. Н. Поиск профиля потока тепла и массовой скорости газа в цилиндрическом канале // International Journal of Open Information Technologies. 2021. Т. 9. № 2. С. 54–58.

8. Poletaev V. A., Tsvetkov E. V. Improvements in Turbine-Blade Manufacture // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. No. 12. P. 1053–1055. DOI: 10.3103/S1068798X18120298.

9. Викулин А. В., Земляная В. А. Исследование теплового состояния моделей лопаток газовых турбин с транспирационным охлаждением из стальных спеченных волокон // СТИН. 2023. № 3. С. 21–25.

10. Andrianov I. K., Chepurnova E. K. Optimizing Crack Detection in Gas Turbine Blades Using Implanted Capsules of Ionizing Gas in Nonsteady Operation at Nonuniform Temperature // Russian Engineering Research. 2023. Vol. 43. No. 11. P. 1361–1366. DOI: 10.3103/s1068798x23110035.

11. Research of modification influence on cracking resistance of cast iron in moulds / V. A. Gulevskiy, S. N. Tsurikhin, V. V. Gulevskiy, N. Y. Miroshkin // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. P. 9–14. DOI: 10.17580/cisisr.2021.02.02.

12. Veerabhadra S., Madhu B. CFD Analysis of Gas Turbine Blade Cooling with Staggered Holes // Journal of Mines, Metals and Fuels. 2023. Vol. 71. Iss. 12. P. 2593–2609. DOI: 10.18311/jmmf/2023/40595.

13. Gaikwad S. S., Sonawane C. R. Review of heat transfer augmentation for cooling of turbine blade tip by geometrical modifications to the surfaces of blade // International Journal of Research in Engineering and Technology. 2014. Vol. 3. Iss. 7. P. 15–22.

14. Simulation of flow and heat transfer characteristics of laminated turbine blades with kerosene cooling channels / M. Zuo, Z. He, S. Sun, J. Mao, C. Dong // Thermal Science. 2024. Vol. 28. No. 1A. P. 13–24. DOI: 10.2298/TSCI230115082Z.

15. Numerical investigation of the flows and heat transfer characteristics of internal cooling channels with separated ribs in gas turbine blades / V. Nguyen, V. Duy, C. Dinh, S. Park // Physics of Fluids. 2024. Vol. 36. Iss. 3. Article no. 035112. DOI: 10.1063/5.0183192.

16. Wu L. Thermal effects on liquid film dynamics in spin coating // Sensors and Actuators A: Physical. 2007. Vol. 134. No. 1. P. 140–145. DOI: 10.1016/j.sna.2006.05.008.

17. Определение характеристик тонкослойных теплозащитных покрытий из решения обратных задач тепло- и массопереноса / Г. Н. Исаков, А. Я. Кузин, В. Н. Савельев, В. Ф. Ермолаев // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 5. С. 86–97.

18. Отечественные материалы теплозащитных покрытий нового поколения / И. В. Мазилин, Н. Г. Зайцев, А. М. Ахметгареева, Л. Х. Балдаев, Д. В. Дробот // Газотурбинные технологии. 2018. № 3 (154). С. 20–25.

19. You H. Effect of thermal barrier coating on the thermal characteristic of turbine blade and its geometric optimization // Theoretical and Natural Science. 2023. Vol. 14. P. 62–77. DOI: 10.54254/2753-8818/14/20240880.

20. Guo X., Ding M. Simulation of thermal NDT of thickness and its unevenness of thermal barrier coatings // Hangkong Xuebao (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica). 2010. Vol. 31. Iss. 1. P. 198–203.