بررسی انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

بررسی انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

بررسی انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

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 خن
ك 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

مقدمه

این فصل عمدتاً روی موضوعات انتقال جرم و حرارت تمركز می یابد چون آنها برای خنك سازی اجزا ی دستگاه توربین بكار می روند و انتظار می رود كه خواننده با اصول مربوطه در این رشته ها آشنایی داشته باشد. تعدادی از كتابهای فوق العاده (1-7) در بررسی این اصول توصیه می شوند كه شامل Streeter، دینامیك 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، كتاب دستی انتقال حرارت Kays، انتقال جرم و حرارت همرفتی Schliching، تئوری لایه مرزی، و Shapiro، دینامیك ها و ترمودینامیك های جریان سیال تراكم پذیر.

وقتی یك 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 كند كه این داده ها را در این فصل بطور خلاصه بیان نماید.

فهرست اسامی نمادها

a- سرعت صورت

b- بعد خطی در عدد دورانی

A- منطقه مرجع منطقه حلقوی مسیر گاز

A_g– سطح خارجی ایرفویل

– عدد شناوری

BR M- نرخ وزش

C_P– حرارت ویژه در فشار ثابت

d-قطر هیدرولیكی

e- ارتفاع آشفته ساز

-عدد اكرت

g- شتاب جاذبه زمین

FP= پارامتر جریان برای هوای خنك سازی

G= پارامتر ناهمواری انتقال حرارت

Gr= – عدد گراشوف

h- ضریب انتقال حرارت

h_t– ضریب انتقال حرارت افزایش یافته با آشفته سازها

– نسبت شار اندازه حركت

k- رسانایی حرارتی

-رسانایی حرارتی سیال

L-طول مرجع

m-نرخ جریان جرم

m_c– نرخ جریان خنك سازی

M= – نرخ دمش

Ma= V/a- عدد ماخ

rpm وN- سرعت روتور

NUL= hL/k_f– عدد نوسلت

Pr= -عدد پرانتل

PR= نسبت فشار كمپرسور

Ps=فشار استاتیك

P_t= فشار كل

P_tin-فشار كل ورودی

Q- نرخ انتقال حرارت- نرخ انتقال انرژی

– شار حرارتی

p- شیب بام آشفته ساز

r- وضعیت شعاعی

R- شعاع میانگین شعاع محفظه احتراق (كمباستر) مقاومت ثابت گاز

R_i-شعاع موضعی تیغه

R_T– شعاع نوك تیغه

R_h=شعاع توپی یا مرکز تیغه

Red= – عدد رینولدز براساس قطر هیدرولیکی d

ReL= – عدد رینولدز براساس L

Ro= b/U – عدد دورانی

Ros= 1/Ro- عدد Rossby

s-فاصله سطح نرمال شده

St- عدد استانتون

t- زمان

T_c– دمای هوای خنك سازی و نیز دمای تخلیه كمپرسور

Tf- دمای فیلم سطح

T_g– دمای گاز

T_gin– دمای گاز ورودی

T_m– دمای فلز و نیز دمای لایه مخلوط سازی

T_ref– دمای مرجع

T_st– دمای استاتیك موضعی

Tu- شدت جریان آشفتگی

– نوسان سرعت محوری محلی

u_in– سرعت گاز ورودی

U V W- مولفه های سرعت جریان خنك سازی یا جریان اصلی در جهات z y x

w- پهنا

– زوایه شیب جت فیلم

– زاویه بین فیلم جت و محورهای جریان اصلی

– نسبت حرارتی ویژه

– ضریت حجمی انبس
اط حرارتی همواری سطح

– قابلیت انتشار حرارتی گردابی

– قابلیت انتشار اندازه حركت گردابی

– تاثیر انتقال حرارت

– تاثیر خنك سازی

– بارزه حرارتی

– ویسكوزیته مطلق گاز

– چگالی

– حد تنش گسیختگی

– فركانس دورانی

زیر نویس ها

aw- دیوار آدیاباتیك d- براساس قطر لبه هدایت كننده (سیلندر)

b- جسم o-كل

C- خنك كننده w-دیوار

– ویژگی جریان اصلی(جریان آزاد)tur-توربین

f- فیلم hc- آبشار داغ