تعداد صفحات : 225
فرمت فایل: word(قابل ویرایش)
فهرست مطالب:
مقدمه....................................................................................................................................................1
خنک سازی توربین بعنوان یک تکنولوژی کلیدی برای بهینه سازی موتورهای توربین گازی....................................................................................................................................................7
چالش های خنک سازی برای دماهای پیوسته درحال افزایش گاز ونسبت فشارکمپرسور........................8
تکنیک های خنک سازی استفاده شده متداول.....................................................................................14
تاثیر خنک سازی.................................................................................................................................18
مشکلات خنک سازی..........................................................................................................................22
ترکیب پوشش های حصار حرارتی و خنک سازی..................................................................................30
فرایند بهبود خنک سازی ایرفویل........................................................................................................32
تعریف پارامترهای شباهت انتقال جرم و حرارت اصلی...........................................................................35
کنش 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 تغییرمکان های دمایی گذرای روتوربه استاتوروکنترل فاصله نوک آزاد..................48
خنک 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 خنک سازی فیلم...........................................................................................................91
-تجمع فیلم.................................................................................................................................92
-تاثیر تزریق هوای خنک سازی فیلم روی انتقال حرارت سطح......................................................94
موضوعات خنک سازی دیواره نهایی....................................................................................................95
خنک 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
تکنیک های خنک سازی درونی تیغه................................................................................................109
-گذرگاههای درونی هموار............................................................................................................111
- تیرک ها/فین ها (نوارهای زاویه دار یا طولی)..............................................................................113
-پین فین ها..............................................................................................................................121
-تاثیر جت ................................................................................................................................................128
-جریان گردابی...........................................................................................................................138
-خنک سازی فیلم.......................................................................................................................141
موضوعات خنک سازی سکو و راس ...................................................................................................144
خنک سازی ساختارهای روتور و استاتور............................................................................................148
-منبع خنک سازی و سیستم های هوای ثانویه .............................................................................148
بافر کردن مجموعه دیسک و روشهای خنک سازی دیسک.................................................................153
خنک سازی ساختارحفاظتی نازل و جایگاه توربین...........................................................................158
خنک سازی محفظه احتراق..............................................................................................................161
-تاثیر تحول طراحی محفظه احتراق روی تکنیک های خنک سازی..............................................161
خنک سازی تعریق..........................................................................................................................167
خنک سازی نشتی...........................................................................................................................169
همرفتی بخش پشتی افزوده.............................................................................................................173
پوشش دهی حصار حرارتی...............................................................................................................177
انتقال حرارت تجربی پیشرفته و معتبر سازی خنک سازی..................................................................179
ارزیابی انتقال حرارت بیرونی و تکنیک های معتبر سازی خنک 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 یک آبشار داغ......................................................194
-معتبر سازی تاثیر خنک سازی تیغه در آبشار داغ........................................................................194
شرایط مرزی تجربی دیسک توربین...................................................................................................200
تائید خنک سازی در یک آزمون موتور..............................................................................................204
-ابزار بندی متعارف......................................................................................................................204
-پیرومتر درج شده درگاه بروسکوب............................................................................................205
-رنگ های حرارتی دما بالا...........................................................................................................206
بررسی های چند نظامی در انتخاب سیستم خنک سازی توربین........................................................207
مقدمه
این فصل عمدتاً روی موضوعات انتقال جرم و حرارت تمرکز می یابد چون آنها برای خنک سازی اجزا ی دستگاه توربین بکار می روند و انتظار می رود که خواننده با اصول مربوطه در این رشته ها آشنایی داشته باشد. تعدادی از کتابهای فوق العاده (1-7) در بررسی این اصول توصیه می شوند که شامل Streeter، دینامیک ها یا متغیرهای سیال Eckert و Drake، تجزیه و تحلیل انتقال جرم و حرارت، Incropera و Dewitt، اصول انتقال حرارت و جرم, Rohsenow و Hartnett، کتاب دستی انتقال حرارت, Kays، انتقال جرم و حرارت همرفتی, Schliching، تئوری لایه مرزی، و Shapiro، دینامیک ها و ترمودینامیک های جریان سیال تراکم پذیر.
وقتی یک منبع جامع اطلاعات موجود باشد. مولف این فصل خواننده را به چنین منبعی ارجاع میدهد. با این وجود وقتی داده ها در صفحات یا مقالات گوناگون پخش شده باشند, مولف سعی می کند که این داده ها را در این فصل بطور خلاصه بیان نماید.
عملکرد یک موتور توربین گازی تا حد زیادی تحت تاثیر دمای ورودی توربین می باشد و افزایش عملکرد قابل توجهی را می توان با حداکثر دمای ورودی مجاز توربین بدست آورد. از نقطه نظر عملکردی، احتراق با دمای ورودی توربین در حدود می تواند یک ایده ال به شمار آید چون هیچ کاری برای کمپرس کردن هوای مورد نیاز برای رقیق کردن محصولات احتراقی به هدر نمی رود. بنابراین روند صنعتی جاری, دمای ورودی توربین را به دمای استوکیومتری سوخت بخصوص برای موتورهای نظامی, نزدیکتر می کند. با این وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمی تواند از تخطی کند. برای کارکردن در دماهای بالای این حد, یک سیستم موثر خنک سازی اجزا مورد نیاز است. پیشرفت در خنک سازی, یکی از ابزار اصلی برای رسیدن به دماهای ورودی توربین بالاتر میباشد و این امر به اصلاح عملکرد و بهبود عمر توربین منتهی می شود. انتقال حرارت یک عامل مهم طراحی برای همه بخش های یک توربین گاز پیشرفته بخصوص در بخش های توربین و محفظه احتراق می باشد. در بحث وضعیت خنک سازی مصنوعی بخش داغ، باید به خاطر داشته باشید که 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 یک طرح خنک سازی را تحت تاثیر قرار میدهند.
چالش های خنک سازی برای دماهای پیوسته در حال افزایش گاز و نسبت فشار کمپرسور
پیشرفت در موتورهای توربین گاز دارای توان ویژه بالا و بازده بالای پیشرفته نوعاً با افزایش در دمای عملکرد و نسبت فشار کل کمپرسور ارزیابی می شود. رایجترین موتورهای تک چرخه ای با نسبت‌های فشار بالاتر و دماهای گاز بالاتر به شکل متناسب می تواند توان بیشتری را با همان اندازه و وزن و بازده سوخت موتور کلی بهتر بدست آورد. موتورهای دارای بهبود دهنده ها از لحاظ ترمودینامیکی از نسبت های فشار بالای کمپرسور, بهره نمی برند. آلیاژهای پیشرفته برای ایرفویل های توربین می تواند به شکلی ایمن در دماهای فلز کمتر از عمل کرده و آلیاژها برای صفحات و ساختارهای ساکن به محدود می شوند. ولی توربین های گازی مدرن در دماهای ورودی توربین عمل می کنند که بالای این محدوده هاست. همچنین یک تفاوت قابل توجه در دمای عملکردی بین توربین های هواپیمای پیشرفته و توربین های صنعتی وجود دارد. این نتیجه تفاوتهای اصلی در عمر, وزن, کیفیت سوخت به هوا و محدودیت های مربوط به بیرون دهی هامی باشد.
برای موتورهای هوازی پیشرفته, دماهای ورودی روتور توربین نزدیک به و نسبت های فشار کمپرسور در حدود 40:1 تبدیل به یک واقعیت شده است. توان ویژه بالا که برای این نوع از موتورها, هدف عمده می باشد, در راستای بازده ی بالا بدست می‌آید. چنین شرایط اجرایی بطور ذاتی نیازمند نظارت های مرتب از موتور و نظارت برای سلامت پیوسته آن می باشد.
برای موتورهای صنعتی, الزامات شامل دوام دراز مدت بدون نظارتهای مرتب و تعمیرات کلی می باشد. نوعاً اجزای صنعتی اصلی حداقل 30000 ساعت بین تعمیرات دوام می آورند و دارای توان بالقوه برای تعمیر هستند که میتوان عمر موتور را تا 100000 ساعت توسعه داد. این با عمر اجزای توربین هواپیما که تنها چند هزار ساعت است مقایسه می شود.
این فاکتور و نیز فشار تخلیه کمپرسور که باید کمتر از فشار منبع سوخت خط لوله گاز موجود باشد, به یک مادی ورودی پره توربین تقریباً بالا منتهی می شود. حد TRIT برای یک توربین گاز صنعتی پیشرفته در دامنه 1260 تا oc 1370 توسعه می یابد.
پایان نامه انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی
