انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

عملكرد یك موتور توربین گازی تا حد زیادی تحت تاثیر دمای ورودی توربین می باشد و افزایش عملكرد قابل توجهی را می توان با حداكثر دمای ورودی مجاز توربین بدست آورد. از نقطه نظر عملكردی، احتراق با دمای ورودی توربین در حدود می تواند یك ایده ال به شمار آید چون هیچ كاری برای كمپرس كردن هوای مورد نیاز برای رقیق كردن محصولات احتراقی به هدر نمی رود. بنابراین روند صنعتی جاری, دمای ورودی توربین را به دمای استوکیومتری سوخت  بخصوص برای موتورهای نظامی, نزدیكتر می كند. با این وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمی تواند از تخطی كند. برای كاركردن در دماهای بالای این حد, یك سیستم موثر خنك سازی اجزا مورد نیاز است. پیشرفت در خنك سازی, یكی از ابزار اصلی برای رسیدن به دماهای ورودی توربین بالاتر می‌باشد و این امر به اصلاح عملكرد و بهبود عمر توربین منتهی می شود. انتقال حرارت یك عامل مهم طراحی برای همه بخش های یك توربین گاز پیشرفته بخصوص در بخش های توربین و محفظه احتراق می باشد. در بحث وضعیت خنك سازی مصنوعی بخش داغ، باید به خاطر داشته باشید كه طراح توربین مرتباً تحت فشارهای شدید برنامه زمانبدی توسعه, قابلیت پرداخت, دوام و انواع دیگر محدودیت های درون نظامی می باشد و همه اینها قویاً انتخاب یك طرح خنك سازی را تحت تاثیر قرار میدهند.

فهرست:

مقدمه....................................................................................................................................................1

خنك سازی توربین بعنوان یك تكنولوژی كلیدی برای بهینه سازی  موتورهای توربین گازی .................................................................................................................................................... 7   

چالش های خنك سازی برای دماهای پیوسته درحال افزایش گاز ونسبت فشاركمپرسور........................8

تكنیك های خنك سازی استفاده شده متداول.....................................................................................14

تاثیر خنك سازی.................................................................................................................................18

مشكلات خنك سازی..........................................................................................................................22

تركیب پوشش های حصار حرارتی و خنك سازی..................................................................................30

فرایند بهبود خنك سازی ایرفویل........................................................................................................32

تعریف پارامترهای شباهت انتقال جرم و حرارت اصلی...........................................................................35

كنش متقابل انتقال جرم – حرارت در لایه مرزی ایرفویل.......................................................................36

نقش تشابه در رقابت تجربی حرارت ایرفویل توربین و انتقال جرم.........................................................42

موضوعات انتقال حرارت گذرا و پایدار در بخش داغ موتور.....................................................................44

دمای فلز و تاثیر آن روی عمر اجزای توربین.......................................................................................46

موضوعات مربوط به تغییرمكان های دمایی گذرای روتوربه استاتوروكنترل فاصله نوك آزاد..................48

خنك سازی نازل توربین......................................................................................................................56

تقابل با محفظه احتراق........................................................................................................................58

انتقال حرارت پره..............................................................................................................................65

     -خمیدگی......................................................................................................................................69

     -تاثیرات ناهمواری..........................................................................................................................74

     -اغتشاش.....................................................................................................................................................76

خنک سازی فیلم پره..........................................................................................................................76

     -نسبت دمش.................................................................................................................................86

     -انحنای سطح................................................................................................................................87

     -گرادیان فشار...............................................................................................................................88

     -آشفتگی جریان اصلی...................................................................................................................89

     -شیارهای خنك سازی فیلم...........................................................................................................91

     -تجمع فیلم.................................................................................................................................92

     -تاثیر تزریق هوای خنك سازی فیلم روی انتقال حرارت سطح......................................................94

موضوعات خنك سازی دیواره نهایی....................................................................................................95

خنك سازی تیغه توربین...................................................................................................................100

تاثیرات سه بعدی ودورانی روی انتقال حرارت تیغه.............................................................................102

     -نیروهای دورانی.........................................................................................................................102

     -تاثیرات سه بعدی......................................................................................................................105

پروفایل دمای گاز شعاعی................................................................................................................106

تاثیرات ناپیوستگی...........................................................................................................................107

تكنیك های خنك سازی درونی تیغه................................................................................................109

     -گذرگاههای درونی هموار............................................................................................................111

     - تیرك ها/فین ها (نوارهای زاویه دار یا طولی)..............................................................................113

     -پین فین ها..............................................................................................................................121

     -تاثیر جت ................................................................................................................................................128

     -جریان گردابی...........................................................................................................................138

     -خنك سازی فیلم.......................................................................................................................141

موضوعات خنك سازی سكو و راس ...................................................................................................144

خنك سازی ساختارهای روتور و استاتور............................................................................................148

     -منبع خنك سازی و سیستم های هوای ثانویه .............................................................................148

بافر كردن مجموعه دیسك و روشهای خنك سازی دیسك.................................................................153

خنك سازی ساختارحفاظتی نازل و جایگاه توربین...........................................................................158

خنك سازی  محفظه احتراق..............................................................................................................161

     -تاثیر تحول طراحی  محفظه احتراق روی تكنیك های خنك سازی..............................................161

خنك سازی تعریق..........................................................................................................................167

خنك سازی نشتی...........................................................................................................................169

همرفتی بخش پشتی افزوده.............................................................................................................173

پوشش دهی حصار حرارتی...............................................................................................................177

انتقال حرارت تجربی پیشرفته و معتبر سازی خنك سازی..................................................................179

ارزیابی انتقال حرارت بیرونی و تكنیك های معتبر سازی خنك سازی...............................................180

     -رنگ حساس به فشار.................................................................................................................182

     -ارزیابی غیر مستقیم آشفتگی....................................................................................................185

ارزیابی های انتقال حرارت و جریان داخلی.........................................................................................188

شبیه سازی انتقال حرارت مزدوج و معتبر سازی در یك آبشار داغ......................................................194

     -معتبر سازی تاثیر خنك سازی تیغه در آبشار داغ........................................................................194

شرایط مرزی تجربی دیسك توربین...................................................................................................200

تائید خنك سازی در یك آزمون موتور..............................................................................................204

     -ابزار بندی متعارف......................................................................................................................204

     -پیرومتر درج شده درگاه بروسكوب............................................................................................205

     -رنگ های حرارتی دما بالا...........................................................................................................206

بررسی های چند نظامی در انتخاب سیستم خنك سازی توربین........................................................207

منابع