Теплообмін та гідродинаміка повітряного потоку у круглій трубі при похило-тангенційній закрутці

12. Дашевский Ю. Я. Новые схемы охлаждения лопаток турбин / Ю. Я. Дашевский // Тезисы докладов 4-й Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Суднова енергетика: стан та проблеми», 4-6 листопада 2009 р. - Національний університет кораблебудування, матеріали, Миколаїв. - 2009.- С. 13-14.

Патенти:

1. Пат. 49125 Україна, МПК F01D 5/18. Лопатка газової турбіни з внутрішнім циклонним охолодженням передньої кромки / Халатов А. А., Борисов І. І., Сєвєрін С. Д., Дашевський Ю. Я., Новохацька І. В. ; власник Інститут технічної теплофізики НАН України. - а200906335; заявл. 18.06.09 ; опубл. 26.04.10, Бюл. № 8.

2. Пат. 50807 Україна, МПК F01D 5/18. Робоча лопатка газової турбіни з циклонним охолодженням передньої кромки / Халатов А. А., Борисов І. І., Сєвєрін С. Д., Дашевський Ю. Я., Романов В. В., Новохацька І. В. ; власник Інститут технічної теплофізики НАН України.- u200913241; заявл. 18.12.09 ; опубл. 25.06.10, Бюл. № 12.

АНОТАЦІЇ

Дашевський Ю. Я. Теплообмін та гідродинаміка повітряного потоку у круглій трубі при похило-тангенційній закрутці. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика» / Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України. - Київ, 2011.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню теплообміну та гідродинаміки потоку повітря у круглій трубі (каналі) з похило-тангенційною закруткою. Канал мав один або два завихрювача у вигляді прямокутної щілини; до першого завихрювача повітря підводилося під кутом 60 0 до його осі. Були досліджені три схеми каналів: з одним завихрювачем і відкритим виходом; з одним завихрювачем та поворотом потоку на виході; з двома завихрювачами та поворотом потоку на виході.

Експерименти з гідродинаміки були виконані в ізотермічних умовах. Експерименти з теплообміну проводились при охолодженні підігрітого повітря водою. Були визначені локальний та середній коефіцієнти тепловіддачі у каналі.

В схемі з одним завихрювачем досягнута найбільша інтенсифікація теплообміну. Було виявлено,що в схемі з двома завихрювачами середня інтенсивність теплообміну та гідравлічний опір приблизно на 20 % нижче. Підведення додаткового супутньо-закрученого струменя повітря в кількості до 6 % від загальної витрати в схемі з одним завихрювачем у торець каналу незначно збільшує теплообмін, а в схемі з двома завихрювачами - знижує його. Поворот потоку на виході збільшує гідравлічні втрати в каналі і при цьому незначно збільшує інтенсивність теплообміну. За теплогідравлічними характеристиками вивчені схеми закрутки потоку приблизно дорівнюють схемам з поверхневими ребрами-турбулізаторами при оптимальних параметрах оребрення.

За результатами досліджень розроблені методи розрахунку теплообміну та гідродинаміки закрученого потоку повітря при похило-тангенційній закрутці при складних граничних умовах на вході та виході, які можуть використовуватися в різних технічних пристроях, зокрема, в системах охолодження лопаток газових турбін. Одержані два патенти України на нові конструкції охолоджуваних лопаток турбін з похило-тангенційною закруткою.

Ключові слова: похило-тангенційна закрутка, додатковий супутньо-закручений струмінь, поворот на виході з каналу, теплообмін, гідродинаміка.

Дашевский Ю. Я. Теплообмен и гидродинамика воздушного потока в круглой трубе при наклонно-тангенциальной закрутке. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - «Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика» / Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины. - Киев, 2011.

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию теплообмена и гидродинамики воздушного потока в круглой трубе (канале) диаметром 20 мм и длиной 230…280 мм с наклонно-тангенциальной закруткой. Исследуемый канал имел один или два завихрителя в форме прямоугольной щели высотой 5 мм и шириной от 23,5 до 59 мм. Наклонно-тангенциальная закрутка создавалась за счет подачи воздуха в первый завихритель под углом 60 0 к его оси. Исследованы три схемы каналов: с одним завихрителем и открытым выходом, с одним завихрителем и поворотом потока на выходе, с двумя завихрителями и поворотом потока на выходе. Для всех схем изучено влияние ширины завихрителя и дополнительного подвода спутно-закрученной круглой струи воздуха в торце канала.

Эксперименты по гидродинамике выполнены в изотермических условиях. Определялись поверхностный угол закрутки линии тока, статическое и полное давление, потери давления в канале, в области завихрителей и в выходном повороте. Эксперименты по теплообмену проводились при охлаждении предварительно нагретого воздуха. Исследуемый канал был изготовлен из отдельных охлаждаемых водой медных секций. Определялись локальный и средний коэффициенты теплоотдачи в канале и в области завихрителей.

В схеме с одним завихрителем и поворотом на выходе достигнута наибольшая интенсификация теплообмена. В схеме с двумя завихрителями средний теплообмен и сопротивление примерно на 20 % ниже, чем в схеме с одним завихрителем; перед вторым завихрителем наблюдалось снижение теплообмена за счет перестройки потока и его смешения с потоком из второго завихрителя. Подвод дополнительной спутно-закрученной круглой струи воздуха (до 6 % от общего расхода) в схемах с одним завихрителем увеличивает теплообмен, а в схеме с двумя завихрителями уменьшает его. Поворот потока на выходе увеличивает гидравлические потери в канале при незначительном увеличении теплообмена. Гидравлическое сопротивление поворота с закруткой потока меньше, чем при течении осевого потока. По теплогидравлическим характеристикам (фактор аналогии Рейнольдса) изученные схемы закрутки потока соответствуют схемам с поверхностными ребрами-турбулизаторами при оптимальных параметрах оребрения.

По результатам исследований разработаны методы расчета теплообмена и гидродинамики закрученного потока при наклонно-тангенциальной закрутке и сложных граничных условиях на входе и выходе. Полученные данные могут быть использованы, в частности, в системах охлаждения лопаток газовых турбин, устройствах смешения потоков. На основе результатов исследований разработаны две новые конструкции лопаток газовых турбин с наклонно-тангенциальной закруткой охладителя, защищенные патентамиУкраины.

Ключевые слова: наклонно-тангенциальная закрутка, спутно-закрученная струя, поворот на выходе из канала, теплообмен, гидродинамика.

Dashevskyy Yu. Ya. Heat transfer and hydrodynamics of the air flow in the round tube (passage) at inclined-tangential flow swirl. - Manuscript.

The thesis is submitted for a technical sciences candidate degree for the specialty 05.14.06 - “Engineering Thermophysics and Industrial Heat Power Engineering” / Institute for Engineering Thermophysics of National academy of sciences of Ukraine. - Kyiv, 2011.

The thesis is aimed at the experimental study of heat transfer and hydrodynamics of the swirled air flow in the round passage with inclined-tangential flow swirl. The round passage was supplied with one or two rectangular-shaped swirl generators (swirlers): air to the first swirler was fed at the angle of 60 0 to its axis. The following three configurations were studied: with one swirler and open exit; with one swirler and exit bend; with two swirlers and exit bend.

The hydrodynamics experiments were performed at the isothermal conditions. Heat transfer experiments were carried out at the constant heat flux to the wall. The local and averaged heat transfer coefficients in the passage and swirl generator area were determined.

The maximum heat transfer rate was achieved for the configuration with one swirler. It was founded that the configuration with two swirlers provided heat transfer by 20 % lower than that with one swirler. Supply of the additional co-swirled round air jet up to 6 % of the total air mass flow into the end-face of the passage provided insignificant heat transfer growth for configurations with one swirler, while for the configuration with two swirlers it led to the heat transfer decrease. The flow bend at the passage exit increased hydraulic losses in the passage and slightly increased heat transfer. The thermal hydraulic performances of the studied configurations are approximately equal to the rib-turbulator configurations with optimal rib parameters.

Based on the investigations new correlations on heat transfer and hydrodynamics calculations of swirling flow for the inclined-tangential flow swirl and complex boundary conditions at the passage inlet and outlet were developed. These correlations can be used in various applications, particularly in the turbine blades cooling systems. Two patents of Ukraine for the new air-cooled blades with inclined-tangential flow swirl were developed.

Key words: inclined-tangential flow swirl, additional co-swirled jet, flow turn at the passage exit, heat transfer, hydrodynamics.

Размещено на Allbest.ru