Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки
В статье представлены результаты CFD-исследования теплообмена и потерь давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки при различных конфигурациях ребер-турбулизаторов. Выполнен анализ структуры течения в канале и распределение интенсивности теплоотдачи по контуру поперечного сечения кана...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60588 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки / Д.Н. Письменный, Ю.Я. Дашевский, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 4. — С. 54-62. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860083170966241280 |
|---|---|
| author | Письменный, Д.Н. Дашевский, Ю.Я. Халатов, А.А. |
| author_facet | Письменный, Д.Н. Дашевский, Ю.Я. Халатов, А.А. |
| citation_txt | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки / Д.Н. Письменный, Ю.Я. Дашевский, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 4. — С. 54-62. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В статье представлены результаты CFD-исследования теплообмена и потерь давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки при различных конфигурациях ребер-турбулизаторов. Выполнен анализ структуры течения в канале и распределение интенсивности теплоотдачи по контуру поперечного сечения канала.
У статі наведенo результати CFD-дослідження теплообміну та втрат тиску в охолоджувальному каналі вздовж вхідної кромки лопатки при різних конфігураціях ребер-турбулізаторів. Виконано аналіз структури течії в каналі та розподілення інтенсивності тепловіддачі по контуру поперечного перерізу каналу.
This paper presents heat transfer and pressure loss CFD-investigations in the blade leading edge cooling channel with different turbulator rib configurations. Analysis of flow structure in the channel and heat transfer distribution along the cross section perimeter of the channel was carried out.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:17:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №454
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
УДК 621.438-226.2-719
Письменный Д.Н.2 , Дашевский Ю.Я.2, Халатов А.А.1
1 ГП Научно-производственный комплекс газотурбостроения «Зоря»-«Машпроект»
2 Институт технической теплофизики НАН Украины
ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ РЕБЕР-ТУРБУЛИЗАТОРОВ
НА ТЕПЛООБМЕН И ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ
В ОХЛАЖДАЮЩЕМ КАНАЛЕ ВДОЛЬ ВХОДНОЙ КРОМКИ ЛОПАТКИ
У статі наведенo результати
CFD-дослідження теплообміну та
втрат тиску в охолоджувальному
каналі вздовж вхідної кромки ло-
патки при різних конфігураціях
ребер-турбулізаторів. Виконано
аналіз структури течії в каналі та
розподілення інтенсивності теп-
ловіддачі по контуру поперечного
перерізу каналу.
В статье представлены резуль-
таты CFD-исследования теплооб-
мена и потерь давления в охлаж-
дающем канале вдоль входной
кромки лопатки при различных
конфигурациях ребер-турбулиза-
торов. Выполнен анализ структуры
течения в канале и распределение
интенсивности теплоотдачи по кон-
туру поперечного сечения канала.
This paper presents heat transfer
and pressure loss CFD-investigations
in the blade leading edge cooling
channel with different turbulator rib
configurations. Analy-sis of flow
structure in the channel and heat
transfer distribution along the cross
section perimeter of the channel was
carried out.
DГ – гидравлический диаметр канала;
e – высота ребра;
F – площадь поперечного сечения канала;
f – коэффициент трения в канале;
G – расход воздуха через канал;
P – давление;
p – шаг ребер в направлении течения
охлаждающего воздуха;
Q – объемный сток тепла в расчетной области;
q – удельный тепловой поток;
R – радиус скругления вершины канала у
входной кромки;
t – температура;
U – периметр канала;
х – координата вдоль контура канала;
y+ – безразмерное расстояние от первого
внестеночного узла до стенки;
α – угол наклона ребер к направлению течения
охлаждающего воздуха;
λ – теплопроводность воздуха;
ρ – плотность воздуха;
γ – угол заострения входной кромки;
Nu – число Нуссельта;
Pr – число Прандтля;
Re – число Рейнольдса;
ГТД – газотурбинный двигатель;
КЭС – конечно-элементная сетка;
РЛ – рабочая лопатка.
Индексы нижние:
0 – для гладкого круглого канала;
s – для гладкого канала;
w – стенка;
в – воздух.
Введение
Одной из наиболее сложных задач при раз-
работке охлаждаемых лопаток современных
высокотемпературных газотурбинных двигате-
лей является обеспечение достаточной глуби-
ны охлаждения входной кромки. Это вызвано,
с одной стороны, высокой интенсивно-стью
теплообмена со стороны газа в районе точ-
ки торможения потока, а с другой – меньшей
площадью теплообмена со стороны охлаждаю-
щего воздуха по сравнению с площадью теп-
лообмена со стороны газа. Обеспечение допу-
стимых температур усложняется также низким
коэффициентом теплопроводности жаростой-
ких и жаропрочных материалов, применяемых
для изготовления лопаток высокотемператур-
ных турбин, что существенно снижает эффек-
тивность оребрения со стороны охлаждающего
воздуха. Особенно остро эта проблема стоит
для рабочих лопаток, где технологические и
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №4 55
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
прочностные требования накладывают це-лый
ряд дополнительных ограничений.
Одним из наиболее часто применяемых
способов интенсификации теплообмена в ка-
налах систем охлаждения РЛ современных ГТД
является применение ребер-турбулизаторов
квадратного сечения малой высоты, которые
располагаются на стенках каналов, имеющих
непосредственный контакт с газом. Интенси-
фикация теплообмена при этом достигается
за счет постоянного разрушения погранич-
ного слоя и дополнительной турбулизации
потока у теплообменной поверхности. В те-
чение последних лет были проведены много-
численные исследования теплогидравличе-
ских характеристик таких каналов, получены
эмпирические зависимости для расчетов ко-
эффициентов трения и интенсивности те-
плообмена, среди которых можно отметить
[1, 2]. Однако, в связи с тем, что первоначально
каналы с ребрами-турбулизаторами получили
широкое применение в центральной части про-
филя, в большинстве случаев эти работы каса-
ются каналов прямоугольного сечения с двумя
противоположными оребренными стенками.
Применение результатов таких исследова-
ний не позволяет получить достоверные ре-
зультаты для расчетов других форм каналов,
в частности для охлаждающего канала вдоль
входной кромки. Данные по применению
ребер-турбулизаторов в таком канале в откры-
той литературе весьма ограничены и в основ-
ном касаются каналов треугольного сечения.
К таким работам можно отнести [3, 4], где ис-
следовался теплообмен в каналах, поперечное
сечение которых представляет собой равно-
сторонний треугольник с двумя оребренными
стенками. В данных работах представлен ана-
лиз влияния различного расположения ребер-
турбулизаторов на распределение интенсив-
ности теплообмена в канале. Однако, в этих
работах представлены лишь некоторые конфи-
гурации оребрения из встречающихся в кон-
струкциях лопаток турбин, а треугольная форма
поперечного сечения не позволяет оценить ин-
тенсивность теплоотдачи на цилиндрического
участке входной кромки, что очень важно. Кро-
ме этого, данные исследования проводились
при достаточно низких числах Рейнольдса.
В работе [5] форма поперечного сечения
исследуемого канала ближе к имеющим место
в реальных охлаждаемых лопатках. Однако, в
ней рассмотрена лишь одна конфигурация оре-
брения, при этом участок входной кромки вы-
полнен без ребер-турбулизаторов.
Основной целью настоящей работы явля-
ется исследование влияния большего количе-
ства конфигураций ребер-турбулизаторов на
интенсивность теплообмена и потери давле-
ния в канале с формой поперечного сечения
аналогичной охлаждающему каналу вдоль
входной кромки при высоком числе Рейноль-
дса, имеющем место в реальных конструкци-
ях охлаждаемых лопаток. В связи с тем, что в
районе входной кромки имеет место существен-
ная неравномерность теплоотдачи со стороны
омывающего газа, особое внимание в работе
уделено изучению распределения теплоотдачи
по контуру поперечного сечения канала.
Основные геометрические характеристики
типового канала вдоль входной кромки лопат-
ки представлены на рис. 1. Наиболее важными
геометрическими характеристиками оребре-
ния являются: отношение высоты ребра к
гидравлическому диаметру канала (e/DГ),
отношение шага ребер в направлении течения
охлаждающего воздуха к высоте ребра (p/e),
угол наклона ребер к направлению течения
охлаждающего воздуха (α).
Объект исследования
В настоящей работе исследуется влияние
различных конфигураций оребрения в канале
с формой поперечного сечения, близкой к ка-
налу вдоль входной кромки лопатки турбины,
на распределение теплообмена и потерь дав-
ления. Для исследования используется канал
с поперечным сечением в виде равнобедрен-
ного треугольника со скругленной вершиной,
характеризующей участок входной кромки, как
показано на рис. 1. При этом отношение радиу-
са «скругления» у вершины к гидравлическому
диаметру канала составляет R/DГ = 0,3, а угол
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №456
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
у вершины, характеризующий угол заостре-
ния входной кромки (γ), составляет 30°. Такие
параметры соответствуют средним значениям
этих величин для каналов, встречающихся в
конструкциях лопаток.
Исследуемые конфигурации оребрения
канала представлены на рис. 2 и также соот-
ветствуют применяемым в реальных конструк-
циях лопаток ГТД. Все конфигурации имеют
одинаковые параметры оребрения, характер-
ные для систем охлаждения лопаток ГТД и
имеющие оптимальные теплогидравлические
характеристики: ребра квадратного попереч-
ного сечения, относительная высота ребра
e/DГ = 0,1, относительный шаг оребрения
p/e = 10, для наклонных ребер угол наклона ре-
бер к направлению течения охлаждающего воз-
духа α = 45°. Помимо показанных на рисунке
шести вариантов оребрения, для сравнения, ис-
следовался также гладкий канал.
На данном этапе параметры теплообмена и
потери давления исследовались при типичном
числе Рейнольдса равном 100000.
Метод исследования
Для исследования интенсивности тепло-
обмена и потерь давления в канале использо-
Рис. 1. Параметры канала вдоль
входной кромки.
вался метод вычислительной газовой динамики
(Computational Fluid Dynamics). Этот метод все
чаще применяется для определения теплоги-
дравлических характеристик каналов систем
охлаждения и расчета температурного состоя-
ния охлаждаемых лопаток. Выполнение CFD-
расчетов выполнялось с помощью коммерче-
ского программного комплекса ANSYS CFX
11.0.
Для определения возможности выполнения
необходимых исследований, с помощью дан-
ного метода, предварительно были выполнены
тестовые CFD-расчеты каналов квадратного и
треугольного поперечного сечения с ребрами-
турбулизаторами и сравнение их результатов
с экспериментальными данными. Результаты
этих расчетов приведены в [6, 7]. При этом
были определены оптимальные параметры
конечно-элементной сетки (КЭС) и выбрана
модель турбулентности, обеспечивающая наи-
Рис. 2. Исследуемые конфигурации
оребрения канала.
Варианты: 1 – сплошные нормальные
ребра, 2 – сплошные V-образные ребра,
3 – сплошные Λ-образные ребра,
4 – прерывистые нормальные ребра,
5 – прерывистые V-образные ребра,
6 – сплошные наклонные ребра (винтовые).
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №4 57
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
лучшее совпадение результатов расчета с экс-
периментальными данными. Показано, что в
случае применения модели турбулентности
k-ε для высоких чисел Рейнольдса результаты
расчетов с достаточной степенью точности со-
ответствуют экспериментальным данным как
на оребренной, так и на гладкой стенке для
случаев применения как нормальных, так и на-
клонных ребер.
Большой объем тестовых расчетов, сравне-
ние результатов моделирования с имеющими-
ся в литературе данными, а также выполнение
требований к модели турбулентности позволя-
ют утверждать о достоверности полученных
результатов.
Расчетная модель
Для выполнения CFD-расчетов были соз-
даны расчетные модели, соответствующие ис-
следуемым конфигурациям канала с гидрав-
лическим диаметром DГ = 10 мм. С целью
сокращения количества элементов КЭС расчет
выполнялся на длине канала, равной двум ша-
гам оребрения в периодической постановке,
что позволяет получить результаты расчета,
со-ответствующие полностью развитому тур-
булентному режиму течения.
В качестве граничных условий задавались:
– постоянная температура стенки канала tW;
– объемный сток тепла Q, обеспечиваю-
щий периодичность температурного поля, оп-
ределенный как суммарный тепловой поток со
стенок канала, отнесенный к объему расчет-
ной области;
– потери полного давления ΔP на расчет-
ном участке, обеспечивающие необходимый
расход воздуха через канал, соответствующий
условию Re = 100000.
Температуры стенки канала и воздуха при-
няты, исходя из соответствия условиям, имею-
щим место в системах охлаждения реальных
лопаток.
Для каждого типа расчетных моделей с
помощью программного комплекса ANSYS
IСЕM CFD 11.0 были созданы гексаэдричес-
кие структурированные КЭС, обеспечивающие
требования к величине безразмерного расстоя-
ния от первого внестеночного узла до стенки
(y+). Для всех вариантов расчета значение y+ со-
ставляло от 5 до 10, что удовлетворяет требова-
ниям модели турбулентности k-ε с применени-
ем масштабированной (scalable) пристеночной
функции [8].
На рис. 3, в качестве примера, представлена
расчетная модель и элемент КЭС для варианта
№2 конфигурации оребрения.
Результаты исследований
Теплообмен. Интенсивность теплообме-
на на стенках канала характеризуется числа-
ми Нуссельта, определенными по полученным
в результате моделирования распределениям
удельных тепловых потоков (q) :
, (1)
где λ – теплопроводность воздуха;
q – удельный тепловой поток;
DГ – гидравлический диаметр канала;
tW – температура стенки канала;
tВ – среднемассовая температура воздуха
в расчетной области.
Рис. 3. Расчетная модель для конфигурации
оребрения (вариант 2).
ГNu
W В
D q
t t
=
λ −
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №458
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Вариант
расчета
Nu/Nu0
f/f0по участкам
средний
в канале
входная
кромка
средний
в каналевходная
кромка
спинка и
корыто
пере-
мычка
Гладкий
канал 0,84 0,95 0,86 0,91 0,96 0,85 0,92
Вариант 1 2,25 2,80 2,15 2,52 19,14 0,84 0,94
Вариант 2 3,85 3,31 2,01 3,06 18,61 1,45 1,15
Вариант 3 1,96 3,52 2,41 2,93 18,54 0,74 1,11
Вариант 4 2,83 2,72 2,11 2,58 19,18 1,06 0,96
Вариант 5 4,20 3,15 1,99 3,03 16,99 1,63 1,18
Вариант 6 1,79 2,32 1,62 2,03 6,91 0,94 1,07
Табл. 1. Теплогидравлические характеристики течения в канале
Полученные таким образом числа
Нуссельта были приведены к значению числа
Нуссельта для развитого турбулентного тече-
ния в гладком круглом канале (Nu0), определен-
ному по зависимости Диттуса-Бойлтера:
Nu0 = 0,023·Re0,8·Pr0,4. (2)
Для анализа распределения интенсивности
теплоотдачи при разных вариантах оребрения
полученные значения чисел Нуссельта были
осреднены по четырем характерным участкам
теплообмена, расположение которых пред-
ставлено на рис. 1. При этом теплообмен на
оребренных поверхностях приводился к пло-
щади соответствующей поверхности гладкого
канала, т.е. включает в себя увеличение площа-
ди теплообменной поверхности за счет оребре-
ния.
Такой подход характерен для большинства
расчетов теплообмена в случае применения
турбулизаторов данного типа. В табл. 1 пред-
ставлены значения приведенных чисел Нус-
сельта (Nu/Nu0) для каждого из участков тепло-
обмена и для канала в целом.
Кроме этого, на рис. 4 представлено рас-
пределение по контуру поперечного сечения
приведенного числа Нуссельта, осредненного
в направлении течения на длине канала рав-
ной шагу оребрения и приведенного к глад-
кой поверхности. Распределение по контуру
представлено вдоль координаты х (см. рис. 1),
при этом началу отсчета координаты х соот-
ветствует пересечение участков спинки и пе-
ремычки, обход контура осуществляется в сле-
дующей очередности: спинка – входная кромка
– корыто – перемычка. Для удобства, значение
координаты х приведено к периметру попереч-
ного сечения канала U; таким образом, приве-
денное расстояние х/U находится в диапазоне
от 0 до 1.
Как видно из представленных результатов,
конфигурация оребрения даже при одинаковых
параметрах оребрения (e/DГ, p/e), существенно
влияет не только на распределение интенсив-
ности теплообмена по контуру поперечного
сечения, но и на среднее значение числа Нус-
сельта в канале. При этом, даже для гладкого
0
1/3
0
Nu / Nu
( )f/f
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №4 59
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
a) б)
Рис. 4. Распределение интенсивности теплообмена
по контуру поперечного сечения исследуемого канала.
канала из-за наличия углов и сложной формы
поперечного сечения канала имеет место су-
щественная неравномерность интенсивности
теплообмена по контуру и снижение среднего
числа Нуссельта в канале по сравнению с зави-
симостью (2) на 9 %. Такое отличие для участ-
ка входной кромки составляет 16 %. Показан-
ные результаты для гладкого канала хорошо
соответствуют обзору экспериментальных ис-
следований для каналов треугольной формы,
приведенному в [5].
Наибольший прирост интенсивности те-
плообмена в районе входной кромки получен в
вариантах 2 и 5 с наклонном ребер от входной
кромки по течению (V-образные ребра), что со-
гласуется с результатами исследований, при-
веденных в [3, 4]. В данных вариантах приве-
денное число Нуссельта на участке входной
кромки составляет, соответственно, 3,85 и 4,20.
Наименьшая интенсивность теплообмена в
районе входной кромки получена при обрат-
ном наклоне ребер (вариант 3) и в случае при-
менения винтовых ребер (вариант 6). При этом,
в варианте 6 получено наименьшее увеличе-
ние средней интенсивности теплообмена в ка-
нале, а варианте 3 имеет место наибольшее уве-
личение интенсивности теплообмена в районе
неоребренной перемычки.
«Разрыв» ребер в районе входной кромки
приводит к увеличению интенсивности теп-
лообмена в районе входной кромки на 26 %
для нормальных ребер и на 9 % для наклонных
V-образных ребер.
Необходимо отметить, что скачкообразное
уменьшение числа Нуссельта при переходе с
плоской оребренной стенки, характеризующей
участки спинки и корыта, на цилиндрическую
стенку, характеризующую входную кромку, вы-
звано в основном уменьшением коэффициента
оребрения с 1,2 до 1,13 для нормальных ребер
и с 1,28 до 1,21 для наклонных ребер.
Анализируя структуру течения в кана-
лах можно отметить, что указанное выше
изменение в распределении теплообме-
на объясняется возникновением вторич-
ных течений, вызванных применением на-
клонных ребер-турбулизаторов. Как видно из
рис. 5, где представлены распределения век-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №460
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
торов скорости в поперечном сечении канала,
применение V-образных и Λ-образных ребер
приводит к возникновению парного вихря. Этот
вихрь в первом случае подводит более холод-
ный воздух из ядра потока в область входной
кромки, где только начинает формироваться по-
граничный слой, а во втором случае наоборот,
более холодный воздух подмешивается в райо-
не неоребреной перемычки, а в область входной
кромки направляется воздух уже подогретый от
боковых стенок канала. В случае применения
винтового оребрения (вариант 6), в канале соз-
дается завихрение, соответствующее направле-
нию ребер, однако при этом увеличение средней
интенсивности теплообмена невелико. В слу-
чае применения нормальных ребер (вариант 1)
существенных вторичных течений, влияющих
на структуру течения в канале не наблюдается.
В связи с этим, особый интерес представ-
ляет распределение по контуру поперечного
сечения канала чисел Нуссельта, приведен-
ных к соответствующему значению числа
Нуссельта для гладкого канала (Nu/NuS), кото-
рое представлено на рис. 6. Как видно из этого
рисунка, для канала с нормальным оребрением
(вариант 1) и канала с винтовым оребрением
(вариант 6) увеличение теплоотдачи, вызван-
ное оребрением, почти постоянно по контуру
оребренных участков и несколько снижается
на участке входной кромки из-за уменьшения
коэффициента оребрения. Резкое изменение
прироста интенсивности теплообмена вызыва-
ют именно парные вихри, описанные ранее и
возникающие в случае применения наклонных
V-образных и Λ- образных ребер.
Потери давления. Потери давления в кана-
ле в настоящей работе характеризуются коэф-
фициентом трения Фаннинга, который рассчи-
тывался по следующей зависимости:
, (3)
где ΔР – перепад полного давления на длине
канала, равной шагу оребрения p;
ρ – плотность воздуха;
F – площадь поперечного сечения канала;
G – расход воздуха через канал.
Полученные значения коэффициентов тре-
ния были приведены к значению коэффициен-
та трения для развитого турбулентного тече-
ния в гладком круглом канале (f0), определен-
ному по зависимости Блазиуса:
f0 = 0,079·Re-0,25. (4)
Значения приведенных коэффициентов тре-
ния (f/f0) приведены в табл. 1 и, сравнивая их
для различных вариантов оребрения, можно
отметить, что практически все варианты име-
ют близкие значения. Существенное отличие
Рис. 5. Структура вторичных течений в каналах.
2
22
P D Ff
p G
Γ∆ ⋅ρ ⋅ ⋅
=
⋅ ⋅
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №4 61
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 6. Распределение интенсивности
теплообмена по контуру поперечного
сечения исследуемого канала.
имеет место лишь для варианта с винтовыми
ребрами, где отсутствует парный вихрь, и на-
клон ребер при этом приводит к меньшим по-
терям давления, вызванным обтеканием ребер-
турбулизаторов. Снижение потерь давления,
вызванное обтеканием ребер-турбулизаторов в
случае применения других конфигураций на-
клонных ребер, по всей видимости, компенси-
руется увеличением потерь давления из-за воз-
никновения парного вихря.
Теплогидравлическая эффективность.
Для анализа эффективности примене-
ния исследуемых вариантов оребрения в
табл. 1 представлены значения коэффици-
ента теплогидравлической эффективности
(Nu/Nu0)/(f/f0)
1/3, который характеризует прирост
интенсивности теплообмена при одинаковой
мощности, затраченной на прокачку охлади-
теля. В таблице приведены значения коэффи-
циента теплогидравлической эффективности,
определенные с учетом увеличения интенсив-
ности теплоотдачи только на участке входной
кромки и для среднего значения для канала.
Как видно, все варианты оребрения имеют зна-
чение коэффициентов теплогидравлической
эффективности выше, чем для гладкого канала
такой же формы. При этом с точки зрения обе-
спечения максимальной интенсивности тепло-
обмена на участке входной кромки наиболее
предпочтительными являются варианты 2 и 5.
Вариант 6, несмотря на низкий коэффициент
гидравлического сопротивления, имеет невы-
сокий коэффициент теплогидравлической эф-
фективности.
Выводы
По результатам выполненного исследова-
ния можно сделать следующие основные вы-
воды:
1. Конфигурация оребрения при одинако-
вых значениях параметров оребрения суще-
ственно влияет на распределение интенсив-
ности теплоотдачи по контуру поперечного
сечения и среднюю интенсивность теплоотда-
чи в канале.
2. Наибольшее увеличение интенсивно-
сти теплоотдачи в районе входной кромки, где
имеет место максимум интенсивности теплоот-
дачи со стороны омывающего газа, обеспечи-
вает применение сплошных и прерывистых
V-образных ребер. Такое распределение тепло-
обмена по контуру поперечного сечения ка-
нала вызвано возникновением парного вихря,
способствующего транспорту более холодного
воздуха из ядра потока в область входной кром-
ки, где начинает формироваться пограничный
слой.
3. Применение прерывистых ребер в срав-
нении со сплошными ребрами приводит к до-
полнительному увеличению интенсивности те-
плообмена в районе входной кромки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хан, Парк, Лей. Интенсификация тепло-
обмена в канале с турбулизаторами // Энер-
гетические машины. – 1985. – Т. 107, №3. –
С. 38-45.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №462
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
2. Taslim M.E., Li T., Kercher D.M.
Experimental heat transfer and friction in channels
roughened with angled, V-shaped and discrete ribs
on two opposite walls // – 1994, ASME Paper 94-
GT-163.
3. Lee D.H., Rhee D.H., Cho H.H. Heat
transfer measurements in a rotating equilateral tri-
angular channel with various rib arrangements //
ASME Turbo Expo 2006. ASME Paper GT2006-
90973.
4. Liu Y.H., Huh M., Han J.C., Moon H.K.
High rotation number effect on heat transfer in
triangular channel with 45°, invert 45° and 90° ribs
// ASME Turbo Expo 2009. ASME Paper GT2009-
59216.
5. Dmaschke N., Wolfersdorf J., Semmler K.
Heat transfer and pressure Drop measure-ments
in a rib roughened leading edge cooling channel //
ASME Turbo Expo 2009, ASME Paper GT2009-
59399.
6. Письменный Д.Н. CFD-расчет теплоот-
дачи и потерь давления в канале с ребрами-
турбулизаторами // Вісник двигунобудування.
– 2009. – №3 (22).– С. 82–87.
7. Письменный Д.Н. Исследование те-
плогидравлических характеристик каналов
с ребрами-турбулизаторами в ANYSYS-CFX
// Суднова енергетика: стан та проблеми.
Матеріали III міжнародної науково-технічної
конференції студентів, аспірантів, науковців та
фахівців. – 2009. – С. 163 – 164.
8. Turbulence and near-wall modelling //
ANSYS CFX-Solver Theory Guide. ANSYS CFX
Release 11.0.
Получено 01.03.2010 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60588 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:17:51Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, Д.Н. Дашевский, Ю.Я. Халатов, А.А. 2014-04-17T12:17:52Z 2014-04-17T12:17:52Z 2010 Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки / Д.Н. Письменный, Ю.Я. Дашевский, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 4. — С. 54-62. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60588 621.438-226.2-719 В статье представлены результаты CFD-исследования теплообмена и потерь давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки при различных конфигурациях ребер-турбулизаторов. Выполнен анализ структуры течения в канале и распределение интенсивности теплоотдачи по контуру поперечного сечения канала. У статі наведенo результати CFD-дослідження теплообміну та втрат тиску в охолоджувальному каналі вздовж вхідної кромки лопатки при різних конфігураціях ребер-турбулізаторів. Виконано аналіз структури течії в каналі та розподілення інтенсивності тепловіддачі по контуру поперечного перерізу каналу. This paper presents heat transfer and pressure loss CFD-investigations in the blade leading edge cooling channel with different turbulator rib configurations. Analysis of flow structure in the channel and heat transfer distribution along the cross section perimeter of the channel was carried out. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплоэнергетические установки Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки Influence of rib-turbulator configurtion on heat transfer and pressure losses in the cooling channel of a blade leading edge Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки Письменный, Д.Н. Дашевский, Ю.Я. Халатов, А.А. Теплоэнергетические установки |
| title | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| title_alt | Influence of rib-turbulator configurtion on heat transfer and pressure losses in the cooling channel of a blade leading edge |
| title_full | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| title_fullStr | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| title_full_unstemmed | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| title_short | Влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| title_sort | влияние конфигурации ребер-турбулизаторов на теплообмен и потери давления в охлаждающем канале вдоль входной кромки лопатки |
| topic | Теплоэнергетические установки |
| topic_facet | Теплоэнергетические установки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60588 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyidn vliâniekonfiguraciireberturbulizatorovnateploobmenipoteridavleniâvohlaždaûŝemkanalevdolʹvhodnoikromkilopatki AT daševskiiûâ vliâniekonfiguraciireberturbulizatorovnateploobmenipoteridavleniâvohlaždaûŝemkanalevdolʹvhodnoikromkilopatki AT halatovaa vliâniekonfiguraciireberturbulizatorovnateploobmenipoteridavleniâvohlaždaûŝemkanalevdolʹvhodnoikromkilopatki AT pisʹmennyidn influenceofribturbulatorconfigurtiononheattransferandpressurelossesinthecoolingchannelofabladeleadingedge AT daševskiiûâ influenceofribturbulatorconfigurtiononheattransferandpressurelossesinthecoolingchannelofabladeleadingedge AT halatovaa influenceofribturbulatorconfigurtiononheattransferandpressurelossesinthecoolingchannelofabladeleadingedge |