5.3 Эффективность конвективного охлаждения

5.3.1 Методика определения эффективности охлаждения

Для оценки эффективности конвективного охлаждения обычно используется параметр

, (5.16)

где k – номер локального участка лопатки.

Как показано выше, используется много различных схем конвективного охлаждения. Для каждой из них существуют свои особенности расчета эффективности охлаждения. Однако для предварительных расчетов можно рекомендовать следующую методику.

Сечение лопатки разбивается на части k=1…N, в каждой из которых температура изменяется незначительно.

На наружной и внутренней поверхностях выделяются участки, на которых коэффициенты теплоотдачи можно считать постоянными. Пусть l_i – длина таких участков на наружной поверхности лопатки, а l_j – длина участков на внутренней поверхности.

Для участков, расположенных возле внутренних стенок перфорационных отверстий, определяется эквивалентная длина сплошного участка:

l_j = , (5.17)

где d - диаметр отверстия;

Δ - длина отверстия;

t - шаг перфорации.

Такое выделение участков лопатки, ее наружной и внутренней поверхностей позволяет рассчитать эффективность охлаждения каждой части лопатки по формуле

Θ_k = , (5.18)

где - коэффициент теплоотдачи от газа на i-м участке наружной поверхности;

- коэффициент теплоотдачи от воздуха на j-м участке внутренней поверхности.

5.3.2 Влияние подогрева воздуха в канале на эффективность конвективного охлаждения лопатки

Для реализации представленной в предыдущем разделе методики определения эффективности охлаждения необходимо определить значения коэффициентов теплоотдачи во внутренних каналах. Соответственно, для их определения необходимо задать значения температуры охлаждающего воздуха в каналах.

Это значение также используется в формуле (5.13) для определения эффективности охлаждения.

Необходимые нам значения температуры в каналах изменяются по высоте лопатки вследствие подогрева воздуха теплом, поступающим из лопатки, поэтому эти значения в произвольном сечении лопатки неизвестны – известно лишь значение температуры охлаждающего воздуха на входе в лопатку.

Таким образом, возникает проблема: для расчета теплообмена в рассматриваемом сечении необходимо задать температуру охлаждающего воздуха, а для определения этой температуры необходимо знать условия теплообмена по высоте лопатки.

Решение этой проблемы – в итеративном выполнении расчетов: сначала выполняется расчет теплообмена в различных сечениях лопатки без учета подогрева охлаждающего воздуха, а затем вносятся поправки на влияние подогрева и расчет теплообмена повторяется.

Подогрев воздуха на участке длиной Х (от входа в лопатку до расчетного сечения) для j-го элемента канала можно определить по формуле

ΔT_j = . (5.19)

На первой итерации значение температуры лопатки неизвестно, поэтому вместо него используют то значение, которое ожидают получить в результате применения проектируемой системы охлаждения.