книги из ГПНТБ / Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки

В канале со ступенчатым входом зоной стабилизации можно считать область, включающую два участка:

—интенсивного падения коэффициента теплоотдачи у входа, который обусловливается ростом пограничного слоя;

—переходный, который имеет место до полной стабилизации теплообмена.

Как видно из рис. 96 и 97, длина участка стабилизации умень­ шается с ростом числа Рейнольдса. Последнее согласуется с дан­ ными опытов, проведенных в круглой трубе. В канале с плавным входом переход к турбулентному течению в пограничном слое совер­ шается не столь интенсивно, как в канале со ступенчатым входом.

фициентов теплоотдачи. После стабилизации в канале как при рав­ ном, так и при ступенчатом входе процесс теплообмена уже не зави­ сит от формы входа и геометрических размеров.

Теплообмен на участке стабилизированного течения в канале

Оценку средних значений коэффициентов теплоотдачи в канале можно производить с помощью следующих критериальных зависи­

лочку и охлаждает ее, а затем растекается в щели между оболочкой и дефлектором. В корпусах турбин воздух тоже подается из отверстий на охлаждаемые поверхности с внутренней стороны, а затем расте­ кается в щели и охлаждает весь корпус. При расчете температурного состояния таких деталей необходимо знать значения коэффициентов теплоотдачи на охлаждаемых поверхностях.

Одно из первых исследований этого вопроса было проведено во Франции. Был исследован теплообмен цилиндра, омываемого боль­ шим количеством струй. При одинаковых потерях напора и одина­ ковых расходах воздуха эффективность теплообмена цилиндра при обмыве струями была на 30% выше, чем при продольном обтекании цилиндра. Следует отметить, что теплообмен не зависит от расстоя­ ния между устьями сопел и поверхностью.

Кроме того, была исследована теплоотдача при омывании пла­ стины одиночной струей. Струя распространялась в свободном про­ странстве. Расстояние между устьями сопла и пластиной не превы­ шало десяти диаметров сопла. Для угла атаки 90° в центральной части пластины (вблизи места удара струи) была получена крите­

За характерный размер принималось 5% величины зазора

ложенных в центре текстолитовой пластины диаметром 250 мм и толщиной 12 мм. Эту пластину можно было перемещать в вертикаль­ ном направлении с целью установления различного зазора /г и в гори­ зонтальном направлении с целью установления различного рас­ стояния R между осью сопла и осью калориметра. В нижней части установки был укреплен калориметр. Потери тепла учитывали кало­ риметром. Влияния величины зазора и отношения диаметров кало­ риметра и сопла на потери не было замечено. При обработке данных основных опытов из энергии, расходуемой калориметром, отделялись потери и определялось количество тепла, отдаваемое охлаждаю­ щему воздуху. Для определения теплоотдачи обдуваемой пластины

Опыты проводились, как видно из табл. 32, при различных диа­ метрах сопел и зазорах, а также при различных расстояниях замера теплового потока от оси струи. Все опыты можно объединить одной критериальной зависимостью (99). Физические константы воздуха брали при температуре и давлении в щели, а скорость — на выходе из сопла.

Характер изменения местных значений числа Nu вниз по потоку растекающейся струи показан на рис. 98.

Как видно из рис. 98, от критической точки (пересечение оси струи с охлаждаемой плоскостью) коэффициенты теплоотдачи резко возрастают и с удалением на расстояние R = (1,2—1,5) d достигают максимума. В общем теплосъеме этот участок максимума играет незначительную роль. При удалении от критической точки на рас­ стояние Rid > 1,5 теплоотдача монотонно падает. В районе

критической точки коэффициент теплоотдачи можно подсчитать по критериальной зависимости

Количество тепла, воспринимаемого воздухом при обдуве поверх­ ности, расположенной вблизи критической точки, при радиусе поверхности R > 2,5d можно определить по уравнению

зующиеся отношением 8/d, в каждой из которых процесс теплоотдачи

§ 41. Теплообмен в замкнутых каналах

В настоящее время все больше внимания стали уделять двухконтурной системе охлаждения рабочих лопаток. Усло­ вия работы охладителя в замкнутом контуре очень сложные, поэтому и оценка теплоотдачи к хладагенту и переноса тепла в самом контуре является задачей довольно трудоемкой. Для полного представления сложных явлений, происходящих в замкнутом контуре, оценим в первом приближении, какие силы действуют на хладагент при работе турбины. Для этого выделим в охлаждаемой лопатке с замкну­

данному давлению, будет равна 608 К. Таким образом, в лопаточном канале, несмотря на высокую температуру стенок, может находиться вода, и парообразование может происходить лишь на внутреннем уровне жидкости. Высокое давление воды внутри лопатки предъ­ являет повышенные требования к прочности. Вода, двигаясь по

воды, находящейся в поле земного тяготения, т. е. в неподвижной лопатке. При вращении подъемная сила в поле центробежных сил будет значительно больше и направлена к оси ротора, например при

Длина канала охлаждения должна быть не меньше вполне опре­ деленной величины, так как в противном случае произойдет смыка­ ние пограничных слоев жидкости внутри канала, которое снизит теплоотдачу.

При ламинарном течении жидкости

/ „ р е д ^ - ^ ^ С г Р г ) » . » ;

при турбулентном течении жидкости

/nP «<l,5dK Gr<M

(dK — диаметр канала).

Коэффициент теплоотдачи в глухих каналах может достигать больших величин. Так, при использовании в качестве охладителя

кнутых жидкостных систем охлаждения можно поднять температуру газа до 1973—2173 К.

§ 42. Контактный теплообмен

Разность температур между соприкасающимися деталями в газовых турбинах может достигать нескольких десятков или сотен градусов. Поэтому рассмотрение передачи тепла на участ­ ках контакта является важной задачей и составляет один из основ­ ных вопросов теплообмена. Исследования [77] в этой области были направлены на изучение влияния различных факторов на контактный теплообмен. В основу исследования природы термического сопро­ тивления было положено общепринятое представление о контакте как о соприкосновении поверхности во многих отдельных точках.

Такое допущение естественно, так как любая чисто обработан­ ная поверхность имеет выступы и впадины. Плотность контакта, повидимому, будет тем выше, чем чище обработана поверхность и чем большее усилие будет воздействовать на соприкасающиеся поверх­ ности. При этом важную роль играет и сам металл. Чем тверже металл, тем меньше влияние давления на снижение термического со­ противления. Поскольку очень трудно достичь полного прилегания двух соприкасающихся поверхностей, между ними всегда образуются