Исследование теплоотдачи диска в полости ротора с осевым течением теплоносителя


Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени А. Н. ТУПОЛЕВА





                РАЕОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ТУРБОМАШИНАХ

                И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКА





Л

Межвузовский сборник научных трудов



                                                                                                                                                              Л*

КАЗАНЬ 1992

• Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации
<                                       г   •        ' '        •


         КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

                   И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ


























        РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В ОХЛАВДАЕШХ ТУРБСМАШИНАХ


                И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ





                  ’ Межвузовский сборник научных трудов


Казань 1992

ISBA/ 5-230-00245-Х. Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах и энергетических установках. .Казань, 1992.


     Первая серия опытов по теплоотдаче на. профильной поверхности лопаток компрессора показала,-что пользоваться зависимостями, полученными на профильных поверхностях лопаток турбин, не представляется возможным. Для установления закономерностей теплоотдачи на профиле лопаток компрессора необходимо проведение опытов с широким крутом компрессорных решеток различной геометрии.

                         Список литературы ' 9.
     I. Л о к а й В. И., К а р и м о в а А. Г., Прокопьев В. И. Закономерности теплоотдачи от рабочего тела к корпусу осевого компрессора //Авиационная техника, 1986. Л 3. С.72-74(Изв. высш. учеб. заведений).
     2. Копелев^С. 3., Гуров С. В. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1978. 207 с.
   ’ 3. К исследованию гидродинамики и теплообмена на торцевых поверхностях межлопаточных каналов плоских компрессорных решеток /В.и.Локай, А.Г.Каримова» В.И.Прокопьев, А.М.Абушаев // Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах газотурбинных двигателей /Казан.авиац. ин-т. Казань, 1989. С.47-51.
     4. Высокотемпературные охлаждаемые газовые турбины: Сб. статей под ред. В.Л.Иванова и В.И.Локая. М.; Машиностроение, 1971. С.29.
Получено 19.09.90


УДК 621.438:536.24

  ' .                                                  Н.Н.Салов’

    ' ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ДИСКА В ПОЛОСТИ РОТОРА
               С 0СЕВШ1 УЧЕНИЕМ ЛШОНОСИТЕЛЯ ч
     Приводятся результат экспериментов по исследованию среднего коэффициента теплоотдачи диска ротора ГТД с осевым течением охладителя. Показано, что на теплоотдачу по радиусу диска оказывает влияние горячий слой охладителя, стекающий к центру вращения полости. Исследовано влияние вращения, изменения- плотности охладителя, скорости прокачки охладителя, геометрических размеров полости и расположения диска по течению охладителя на теплоотдачу.Результаты опытов обобщены на основе теории подобия.

     Изучение гщфодинамики и теплообмена в полостях роторов газотурбинных двигателей остается актуальным в связи с необходимостью совершенствования систем теплового управления радиальными зазорами в уплотнениях подвижных узлов компрессоров и турбин,а также поддержания заданного теплового состояния охлаждаемых деталей ротора.                    *                             - '

         • ... . * Г . .
     В данной статье приводятся результаты экспериментов по определению средних значений коэффициентов теплоотдачи вдоль радиуса дисков роторов диско-барабанной конструкции с осевым . течением

охладителя. Схема рабочего участка экспериментального стенда

по
расположенных кольцевых полостей

получение обобщающих зависимостей для

среднего числа Нус

 последовательно геометрическими

- боковые дис текстолитовый

Экспериментальное исследование теплоотда полости с осевым течением теплоносителя . бины и энергетические установки/Казан.ав

размерами вдоль ‘оси ротора. Описание экспериментального стенда

сельта вдоль радиуса диска;
     - установление влияния геометрических размеров полости

электюонагреватели
* диск

V////M

- сопоставление величины теплоотдачи в зависимости от распог
лржения теплоотдающей поверхности диска по течению, теплоносителя.

• выполнены при частоте вращения рабочего участка от 52,3 , плотности теплового потока от 3,8-10^до 6,2*10^ Вт/м^

и расходе охладителя от 0,5 до-1,6 кг/с.

В качестве

охладителя

применялась дистиллированная вода. За определяющую температуру принята температура воды на входе в рабочий участок. В результате измерения температур поверхности электрических нагревателей и воды определялся средний температурный напор. По величине напряже   I • • ' * * ■' ’ " * •

ния и омического сопротивления для каждого электронагревателя вычислялась электрическая мощность. Рассчитывался средний по поверх ности электронагревателя коэффициент теплоотдачи и числа Л2/,

где Я ₅ Р - коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости охладителя; w'sV/Fy, - среднемассовая осевая скорость в кольцевом канале; у - объемный расход охладителя; /у. - площадь сечения кольцевого канала; - эквивалентный диаметр кольце вого канала. ■ /':'Д. ; .

      Экспериментальные данные, характеризующие влияние вращения полости и изменения плотности охладителя на теплоотдачу диска, представлены на рис.2 и 3/ Теплоотдача определялась на радиусах 0,108 м, 0,1455 м и 0,175 м, являющихся средними радиусами трех

плоских электронагревателей, закрепленных, на поверхности диска образующего полость. Видно, что не зависало -от радиус теплоотдачу диска вращения полости оценивается числом







tyNu

/паж

0,57; t

15

А

4

• • ; ...... . • • • ' • - ’ • • . • •
Рис.2.Влияние вращения полости на тепло-отдачу диска:;.

19

л

ISBN 5-230-00246-Х.

влияние изменения плотности охладителя - симплексом         .

          Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах и энергетических установках'. Казань, 1992..

С увеличением расхода охладителя тепло отдача диска увеличивается пропорционально множителю         дл

полости

t

зона исследованных чисел Рейнольдса J                      *
(рис.4).        •

Рис.3.Влияние изменения-плотности ох • .    •  • .!• ' • < “ • • • • •• * 4 •
ла ди теля на теплоотдачу диска:
 «»■ и ■■ ».i и ..— = Т2 • 1 о³: ■*■“** — — —

Re

STMT*

 * .
о -Z-r/7   =
' f ^тах

    -2X-Z6
     Опытами установлено, что наибольшие числа Нуссельта отмечены у периферии диска и значения их уменьшаются по радиусу к центру диска. В опытах значения коэффициента теплоотдачи у ступичной

части диска составляли* менее 50% по сравнению с теплоотдачей на периферии диска. Это вызвано горячим слоем охладителя,. возникающим у поверхности диска, который, не мешиваясь с охладителем, заполняющим лость, стекает вдоль радиуса к центру

9





Изучение теплоотдачи в

сличающимися геометрическими размерами

полостях с

3J5 wlg/tet



вдоль оси полости показало, что

теплоотда
i

Ми =%Г7-/О Rez' • ■ Re ᵥ •

текущий радиус диска;          наибольший, радиус диска.

На периферийном участке диска, для которого 0,84 4

обобщающая зависимость

          OJ3
Ru*qo4fRe₂ Re
иг

/пал

расчета теплоотдачи принимает вид

Уравнения (I) и (2) получены
Re^ 6.85-Ю⁶: 1.6*Г

Расположение .диска по течению теплоносителя не оказывает су цественного влияния на теплоотдачу диска в полости. Так, в опытах

снижение теплоотдачи диска, находящегося

теля, для участка 0,84

по течению охла;

I не превышало

по сравне

■ нию с теплоотдачей диска, находящегося ниже по течению охладителя.

[ля участка



жение теплоотдачи • _ . • •*
’ ‘  :   ч I.  .. •
течению теплоносителя

0,84 это отличие составляло около поверхности диска, расположенного , можно объяснить тем, что - поток

по...

тем
сти
*

движущийся по кольцевому каналу/.образованному ступицей дис-внезално расширяется в меадисковом пространстве (в полости) и самым снижает скорость стекания горячего слоя вдоль поверхно-диска.

Получено 02.10.90

ча снижается с уменьшением расстояния ду дисками. Это изменение теплоотдачи £

моя

но учесть, если ввести в обобщающую завися мость симплексы вида                  »где
  / - расстояние между дисками полости; S

сти прокачки охладителя на теплоотдачу :
диска в полости: о г/г = М


t

           В.А.Струтпсин .. . ■ * ¹ ’ ■ . ’• ’
. . ' -       » < •
^КОНСТРУКЦИЙ .

расстояние между ступицами дисков; £

высота полости

. диус центрального отверстия ступицы диска.
       Опыты показали, что на участке* диска при отношении

Предлагается метод пасчета температурного поля произвольных тонкостенных оболочек и составных конструкций. Срединные поверхности оболочек заменяются плоскими треугольными, элементами с линей-* ным .изменением температуры. По; толщине оболочки принимается параболический закон, удовлетворяющий точно граничным условиям на ее. ‘                     ‘                           зумерной, которая

поверхно

. Опыты показали.



40,84 теплоотдача вдоль диска описывается обобщающей

зависимоW   <
            • • f

стью:

и

поверхностях. Это сводит температурную решается МКЭ, как в работе II).

 в работе [I].
‘  ,  » *• ■ ” • Л • * .

    : В авиационных ГТД применяется .•имеющих достаточно; сложную ко?’

ряд.тонкостенных Расчет; трехмерного • • • .■*••• ‘ *■ ■ ■ ’ •

к

условиям на ее.

«

'еталей,
   • *f ____________________ с1-. ’

♦

30