مقاله انتقال حرارت در توربین

این مقاله با فرمت Word بوده و قابل ویرایش است و همچنین آماده پرینت می باشد

موضوع : مقاله انتقال حرارت در توربین

فهرست مطالب

انتقال حرارت در توربین

مقدمه

انتقال حرارت دیوار انتهایی ایرفویل

انتقال حرارت نوک پره صاف

انتقال حرات ناحیه لبه هدایت‌ کننده

تأثیر مسیر ناپایدار

تأثیر تلاطم جریان آزاد

تأثیر گرادیان فشار

تأثیر انحنای جهت جریان

تأثیرات زبری سطح

انتقال حرارت در توربين

مختصری از مقاله : 

تاثير پارامترهاي گوناگون و خصوصيات انتقال حرارت خارجي اجزاء توربين تمركز مي نماييم.پيشرفتها در طراحي محفظه احتراق منجر به دماهاي ورودي توربين بالا تر شده اند كه به نوبه خود بر روي بار حرارتي و مولفه هاي عبور گاز داغ تاثير مي گزارد.دانستن تاثيرات بار حرارتي افزايش يافته از اجزايي كه گاز عبور مي كند طراحي روشهاي موثرسرد كردن براي محافظت از اجزاء امري مهم است.گازهاي خروجي از محفظه احتراق به شدت متلاطم مي باشد كه سطوح و مقادير تلاطم 20تا 25% در پره مرحله اول مي باشد.مولفه هاي مسير گاز داغ اوليه ،پره هاي هادي نازل ثابت و پره هاي توربين درحال دوران مي باشد. شراعهاي توربين، نوك هاي پره، سكوها و ديواره هاي انتهايي نيز نواحي بحراني را در مسير گاز داغ نشان مي دهد. برسي هاي كار بردي و بنيادي در ارتباط با تمام مولفه هاي فوق به درك بهتر و پيش بيني بار حرارتي به صورت دقيق تر كمك كرده اند . اكثر برسي هاي انتقال حرارت در ارتباط با مولفه هاي  مسير گاز داغ مدل هايي در مقياس بزرگ هستند كه در شرايط شبيه سازي شده بكار مي روند تا درك بنيادي از پديده ها را فراهم سازد. مولفه ها با استفاده از سطوح صاف و منحني شبيه سازي شده اند كه شامل مدل هاي لبه راهنما و كسكيد هاي  ايرفويل هاي مقياس بندي شده مي باشد. در اين فصل، تمركز بر روي نتايج آزمايشات انتقال حرارت بدست آمده توسط محققان گوناگون روي مولفه هاي مسير گاز خواهد بود. انتقال حرارت به پره هاي مرحله اول در ابتدا تحت تاثير پارامترهاي از قبيل پروفيل دماي خروجي محفظه احتراق،تلاطم زياد جريان آزاد و مسير هاي داغ مي باشد .انتقال حرارت به تيغه هاي روتور مرحله اول تحت تاثير تلاطم جريان آزاد متوسط تا كم ، جريان هاي حلقوي نا پايدار ، مسير هاي داغ و البته دوران مي باشد.

2.1.1- سرعت خروجي محفظه احتراق و پروفيل هاي دما

سطوح تلاطم در محفظه احتراق خيلي مهم هستند كه ناشي از تاثير چشمگير انتقال حرارت همرفتي به مولفه هاي مسير گاز داغ در توربين مي باشد. تلاطم تاثير گزار بر روي انتقال حرارت توربين ها در محفظه احتراق توليد مي شود كه ناشي از سوخت به همراه گاز هاي كمپرسور مي باشد.آگاهي از قدرت تلاطم توليد شده توسط محفظه احتراق براي طراحان در بر آورد مقادير انتقال حرارت در توربين مهم است.تلاطم محفظه احتراق كاهش يافته، مي تواند منجر به كاهش بار حرارتي در اجزاء توربين و عمر طولاني تر و همچنين كاهش نياز به سرد كردن مي شود. بر سي هاي انجام شده بر روي اندازه گيري سرعت خروجي محفظه احتراق و پروفيل هاي تلاطم متمركز شده است.

Goldstein سرعت خروجي و پروفيل هاي تلاطم را براي محفظه احتراق مدل نشان داد.Moss وOldfield طيف هاي تلاطم را در خروجي هاي محفظه احتراق نشان دادند.هركدام از بر سي هاي فوق در فشار اتمسفر و دماي كم انجام شد. اگرچه بدست آوردن بدست آوردن انرازه گيري ها تحت شرايط واقعي مشكل است اما براي يك طراح توربين گاز درك بهبود هندسه محفظه احتراق و پروفيل هاي گاز خروجي از محفظه امري ضروري است. اين اطلاعات به بهبود شرايط هندسه و تاثيرات نياز هاي سرد كردن توربين كمك مي نمايد.

اخيرا"،Goebel سرعت محفظه احتراق و پروفيل هاي تلاطم در جهت موافق جريان يك محفظه احتراق كوچك با استفاده از يك سيستم سرعت سنج دوپلر ولسيمتر(LDV)را اندازه گيري كردنند.آنهاسرعت نرماليزه شده،تلاطم وپروفيل هاي دماي موجود براي تمام آزمايش هاي احتراق را نشان دادند.آنها يك محفظه احتراق از نوع قوطي مانندبكار رفته در موتور هاي توربين گاز مدرن را استفاده كردند، كه در شكل1-2نشان داده شده است.جريان از كمپرسور و از طريق سوراخ ها وارد محفظه احتراق مي شود و با سوخت محترق در محل هاي متفاوت در جهت موافق جريان مخلوط مي شود. طراحي محفظه احتراق حداقل مستلزم يك افت فشار از طريق محفظه احتراق تا ورودي توربين است.فرايند محفظه احتراق توسط اختلاط تدريجي هواي فشرده با سوخت در محفظه قوطي شكل كنترل مي شود. طراحان محفظه احتراق نوين نيز بر روي مشكلات و مسائل تركيب و فرايند اختلاط  هوا-سوخت تمركز مي نمايند احتراق تميز نيز يك مسئله و كانون براي طراحان ناشي از استاندارد هاي محيطي  الزامي شده توسط دولت فدرال آمريكا و EPA مي باشد. با اين حال ،طراح محفظه احتراق يك مسئله مورد بحث در اين كتاب نمي باشد.

شكل 2-2 تاثير احتراق بر روي سرعت محوري ،شدت تلاطم محوري،سرعت پيچ وتاب( مارپيچي )و شدت تلاطم پيچ وتاب را نشان  ميدهد. تمام سرعت ها توسط خط مركزي سرعت اندازه گيري شده و در مقابل شعاع نرماليزه رسم شدند.جريان جرم و فشار هوا براي قدرت هاي مختلف احتراق اندازه گيري شدند.افزايش جريان سوخت باعث افزايش استحكام احتراق گرديد.دماي شعله آدياباتيك تغيير داده شد.هواي فشرده در يك موتور توربين گاز ناشي از فرايند تراكم پيش گرم مي باشد .با اين حال،در اين برسي،هوا پيش گرم نمي شود.جريان جرم وفشار0.45 kg/s و6.8 اتمسفر بودند.دما هاي شعله از 71  تا 1980  متغير بود.تاثير احتراق شديدا" آشكار است هنگامي كه حالت آتش گرفته را با بقيه حالتهاي آتش گرفته مقايسه مي نماييم.سسرعت محوري و سرعت پيچ وتاب(مارپيچي) شديدا"تحت تاثير احتراق هستند،مقادير پيچ وتاب توسط احتراق كم ميشود.كاهش در پيچ وتاب مي تواند در شدت تلاطم مشاهده شود.مقادير اوج در شدت تلاطم از 10 تا 16% از حالت غير مشتعل تا كاملا"مشتعل كاهش يافتند.