Определение теплового состояния и доводка системы охлаждения стенок жаровой трубы с помощью методов трёхмерного моделирования

С. Г. Матвеев, В. М. Анисимов, И. А. Зубрилин, О. В. Коломзаров, Н. С. Миронов

Аннотация


Приведены результаты расчёта теплового состояния стенок жаровой трубы (ЖТ) на примере кольцевой камеры сгорания (КС) газотурбинного двигателя (ГТД). Использовался пакет трёхмерного моделирования Ansys Fluent. Была создана сопряжённая конечно-элементная модель. Особенностью сетки является конформный (узел в узел) интерфейс «газ-металл». Количество элементов по толщине стенки принималось минимум 5. Общее количество элементов - 8,6 миллионов. В качестве материала стенки ЖТ был использован жаропрочный сплав ХН50ВМТЮБ-ВИ. Теплозащитное покрытие (ТЗП) нанесено на стенки жаровой трубы со стороны «горячей» зоны. Толщина керамического покрытия была принята равной 0,4 мм. ТЗП состоит из интерметаллидного связующего слоя, который содержит в себе элементы материала стенки ЖТ и керамики, и из керамического защитного слоя с низким коэффициентом теплопроводности. Для учёта ТЗП задавалась оболочечная поверхность на стенках ЖТ. Задавалась плотность керамического покрытия, равная 6 т/м3, и зависимость изобарной теплоёмкости ТЗП от температуры в диапазоне 473 до 1473 К. Распространение теплового потока в ТЗП учитывалось только в направлении, перпендикулярном поверхности стенки. Проанализировано влияние ТЗП на температурное состояние стенок ЖТ. Приведены мероприятия по доводке системы охлаждения стенок ЖТ. Проанализированы изменения температуры стенок ЖТ по её длине


Ключ. слова


Камера сгорания кольцевого типа; система охлаждения стенок жаровой трубы; численное моделирование камеры сгорания

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Гомзиков Л.Ю. Анализ теплового состояния температурно-нагруженных элементов ГТД на основе трёхмерного моделирования: автореф. дис. … канд. техн. наук. Пермь, 2012. 149 с.

2. Hong Jie, Gao Jinhai, Ma Yanhong, Chen Meng. Local Thermal Buckling Analysis Method of Combustor Liner // Proceeding of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. 2009. V. 3. P. 1373-1386. doi.org/10.1115/gt2009-59635

3. Andreini A., Facchini B., Mazzei L. Assessment of Aero-Thermal Design Methodology For Effusion Cooled Lean Burn Annular Combustors // Proceeding of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. 2014. V. 5C. doi.org/10.1115/gt2014-26764

4. Yong Kim, Partha Dutta, Hee-Koo Moon, Ram Srinivasan. Experimental and Numerical Investigation of Convective Heat Transfer in a Gas Turbine Can Combustor // Proceeding of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. 2009. V. 3. P. 1363-1371. doi.org/10.1115/gt2009-59377

5. Andreas Jeromin, Christian Eichier, Berthold Noll, Manfred Algner. Full 3D Conjugate Heat Transfer Simulation and Heat Transfer Coefficient Prediction for the Effusion – cooled Wall of a Gas Turbine Combustor // Proceeding of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air. 2008. V. 4. P. 1747-1756. doi.org/10.1115/gt2008-50422

6. Jun Su Park Namgeon Yun, Hokyu Moon, Kyung Min Kim, Sin-Ho Kang, Hyung Hee Cho. Thermal Analysis of Cooling System in a Gas Turbine Transition Piece // Proceeding of ASME Turbo Expo 2011. 2011. V. 5. P. 1915-1924. doi.org/10.1115/gt2011-45961

7. Launder B.E., Reece G.J. and W. Rodi. Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure // Journal Fluid Mechanics. 1975. V. 68, Iss.3. P. 537-566. doi.org/10.1017/s0022112075001814

8. Anderson W. and Bonhus D.L. An Implicit Upwind Algorithm for Computing Turbulent Flows on Unstructured Grids // Computers Fluids. 1994. V. 23, Iss. 1. P. 1–21. doi.org/10.1016/0045-7930(94)90023-x

9. A. van Oijen and L.P.H. de Goey. Modelling of Premixed Laminar Flames Using Flamelet-Generated Manifolds // Combustion Science and Technology. 2000. V. 161, Iss. 1. P. 113–137. doi.org/10.1080/00102200008935814

10. Суперкомпьютерный центр СГАУ. http://hpc.ssau.ru

11. Шалин Р. Е. Авиационные материалы. В 9 т. Т. 3. Сплавы на основе тугоплавких металлов. М: ВИАМ, 1989. 566 с.

12. Тамарин Ю.А., Качанов Е.Б. Свойства теплозащитных покрытий, наносимых электронно-лучевой технологией // Новые технологические процессы и надёжность ГТД. Вып. 7. M.: ЦИАМ, 2008. С. 125-144.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-2-119-128

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533