انتخاب يك سيستم خنك سازي توربين گازي

فهرست
انتخاب يك سيستم خنك سازي توربين گازي 3
Boris Glezer 3
چالش هاي خنك سازي براي دماهاي گاز در حال افزايش بطور پيوسته و نسبت فشار كمپرسور 10
تكنيك هاي خنك سازي استفاده شده متداول 16
تاثير خنك سازي 20
مشكلات خنك سازي 24
تركيب پوشش هاي حصار حرارتي و خنك سازي 31
فرايند توسعه خنك سازي ايرفويل (لايه نازك هوا) 33
تعريف پارامترهاي شباهت انتقال توره و حرارت اصلي 36
كنش متقابل انتقال جرم – حرارت در لايه مرزي ايرفول 37
نقش تشابه در رقابت تجربي حرارت ايرفويل توربين و انتقال جرم 43
موضوعات انتقال حرارت گذرا و پايدار در بخش داغ موتور 45
موضوعات مربوط: تغيير مكان  هاي حرارتي چرخاندن به ثابت گذرا و كنترل فاصله آزاد نوك 49
خنك سازي پروانه توربين 58
كنش متقابل با كمبوستور 59
انتقال حرارت تيغه 66
خميدگي 70
تاثيرات ناهمواري 75
نسبت رمش 85
انحناي سطح 86
گراديان فشار 87
آشفتگي جريان اصلي 88
شيارهاي خنك سازي فيلم 90
تجمع فيلم 91
تاثير تزريق هواي خنك سازي فيلم روي انتقال حرارت سطح 92
موضوعات خنك سازي ديواره نهايي 93
خنك سازي تيغه توربين 98
تاثيرات سه بعدي و دوراني روي انتقال حرارت تيغه 100
تاثيرات سه بعدي 102
برش عرضي دماي گاز پرتويي 103
تاثيرات ناپيوستگي 104
تكنيك هاي خنك سازي تيغه دروني 106
گذرگاههاي دروني هموار 108
تيغه هاي ميله اي 117
تاثير جت 124
خطاهاي آيروديناميكي اضافي 125
جريان گردابي 134
خنك سازي فيلم 137
موضوعات خنك سازي سكو و راس 140
بافر كردن مجموعه ديسك و روشهاي خنك سازي ديسك 148
خنك سازي ساختار حمايت يا حفاظت پروانه و مكان سازي توربين 153
خنك سازي تعريق 161
خنك سازي نشتي 163
همرفتي بخش پشتي افزوده 167
پوشش دهي حصار حرارتي 171
انتقال حرارت تجربي پيشرفته و معتبر سازي خنك سازي 173
معيار هاي انتقال حرارت بيروني و تكنيك هاي معتبر سازي خنك سازي 174
رنگ حساس به فشار 176
ارزيابي نوسان غير مستقيم 179
شرايط مرزي تجربي ديسك توربين 193
پيرومتر درج شده درگاه بروسكوب 197
رنگ هاي حرارتي دما بالا 198
بررسي هاي چند نظامي در انتخاب سيستم خنك سازي توربين 199

انتخاب يك سيستم خنك سازي توربين گازي
Boris Glezer
راه حل هاي توربين بهينه سازي شده, سان ديگو, كاليفرنيا, U.S.A
اين فصل عمدتاً روي موضوعات انتقال جرم و حرارت تمركز مي يابد چون آنها براي خنك سازي مولفه هاي دستگاه توربين بكار مي روند و انتظار مي رود كه خواننده با اصول مربوطه در اين رشته ها آشنايي داشته باشد. تعدادي از كتابهاي فوق العاده (1-7) در بررسي اين اصول توصيه مي شوند كه شامل Streeter، ديناميك ها يا متغيرهاي سيال Eckert و Drake، تجزيه و تحليل انتقال جرم و حرارت، Incropera و Dewitt، اصول انتقال حرارت و جرم, Rohsenow و Hartnett، كتاب دستي انتقال حرارت, Kays، انتقال جرم و حرارت همرفتي, Schliching، تئوري لايه مرزي، و Shapiro، ديناميك ها و ترموديناميك هاي جريان سيال تراكم پذير
وقتي يك منبع جامع اطلاعات موجود باشد. مولف اين فصل خواننده را به چنين منبعي ارجاع ميدهد؛ با اين وجود وقتي داده ها در صفحات يا مقالات گوناگون پخش شده باشند, مولف سعي مي كند كه اين داده ها را در اين فصل بطور خلاصه بيان نمايد.
a- سرعت صورت
b- بعد خطي در عدد دوراني
A- منطقه مرجع, منطقه حلقوي مسير گاز
Ag – سطح خارجي لايه نازك هوا
– عدد شناوري
BR,M- سرعت وزش
CP- حرارت ويژه در فشار ثابت
d-قطر هيدروليك
e- ارتفاع آشفته ساز
-عدد اكرت
g- شتاب گريز از مركز
FP= پارامتر جريان براي هواي خنك سازي
G= پارامتر ناهمواري انتقال حرارت
Gr=   – عدد گراشوف
h- ضريب انتقال حرارت
ht- ضريب انتقال حرارت افزايش يافته با آشفته سازها
-نسبت شار اندازه حركت
k- رسانايي حرارتي
-رسانايي حرارتي سيال
L-طول مربع
m-سرعت جريان جرم
mc- سرعت جريان خنك سازي
M=  – سرعت رمش
Ma= r/a- عدد mach
rpm وN- سرعت پروانه
NUL= hL/kf- عدد Nusselt
Pr=   -عدد pradtl
PR= نسبت فشار كمپرسور
Ps=فشار استاتيك
Pt= فشار كل
Ptin-فشار كل ورودي
Q- سرعت انتقال حرارت-سرعت انتقال انرژي
شار حرارتي
P- شيب بام آشفته ساز
r- وضعيت شعاعي
R- شعاع ميانگين, شعاع احتراق ساز (كمبوستور), مقاومت, ثابت گاز
Ri-شعاع موضعي پره
Rt- شعاع نوكم پره
Rh=شعاع توپي يا سر لوله پره
Rel=   – عدد رينولرز براساس قطر هيدروليك
ReL=  – عدد رينولرز براساس L
Ro= wb/v- عدد دوراني
Ros= 1/Ro- عدد Rossby
S-فاصله سطح نرمال شده
St- عدد Stanton
t- زمان
Tc- دماي هواي خنك سازي و نيز دماي تخليه كمپرسور
Tf- دماي فيلم سطح
Tg- دماي گاز
Tgin- دماي گاز ورودي
Tm- دماي فلز, و نيز دماي لايه مخلوط سازي
Tref- دماي مرجع
Tst- دماي استاتيك موضعي
Tu- شدت جريان آشفتگي
– نوسان سرعت محوري محلي
uin- سرعت محوري گاز  ورودي
u,r,w- جريان اصلي يا مولفه هاي سرعت محوري جريان خنك سازي در مسيرهاي  z, y x
w- پهنا
– زوايه شيب جت فيلم
– زاويه بين جت فيلم و محورهاي جريان اصلي
– نسبت حرارتي ويژه
– ضريت جمعي ترسمه يا انبساط حرارتي, همواري سطح
– قابليت انتشار حرارتي گردابي
– قابليت انتشار اندازه حركت گردابي
– تاثير انتقال حرارت
– تاثير خنك سازي
n- بارزه حرارتي
– ويسكوزيته گاز مطلق
P- چگالي
– حد تنش گسيختگي
w- فركانس دوراني
زير نويس ها
aw- ديوار آدياباتيك
C- خنك كننده
d- براساس قطر لبه هدايت كننده (سيلندر)
f- فيلم
hc- آبشار گرم
o-كل
tuv-توربين
w-ديوار
– جريان اصلي

خنك سازي توربين بعنوان يك تكنولوژي كليدي براي توسعه موتورهاي توربين گازي
عملكرد يك موتور توربين گازي تا حد زيادي تحت تاثير دماي ورودي توربين مي باشد و افزايش عملكرد قابل توجه را مي توان با حداكثر دماي ورودي توربين مجاز بدست آورد. از يك نقطه نظر عملكردي احتراق با دماي ورودي توربين در حدود  مي تواند يك ايده ال به شمار آيد چون هيچ كاري براي كمپرس كردن هواي مورد نياز براي رقيق كردن محصولات احتراقي به هدر نمي رود. بنابراين روند صنعتي جاري, دماي ورودي توربين را به دماي استوكيو سوخت  بخصوص بردي موتورهاي نظامي, نزديكتر مي كند. با اين وجود دماهاي فلز مولفه مجاز نمي تواند از  كند. براي كاركردن در دماهاي گازي بالاي اين حد, يك سيستم خنك سازي مولفه بسيار موثر مورد نياز است. پيشرفت در خنك سازي, يكي از ابزار اصلي براي رسيدن به دماهاي ورودي توربين بالاتر مي‌باشد و اين امر به عملكرد اصلاح شده و عمر بهبود يافته توربين منتهي مي شود. انتقال حرارت يك عامل طراحي مهم براي همه بخش هاي يك توربين گاز پيشرفته بخصوص در بخش هاي توربين و كمبوستور مي باشد. در بحث وضعيت طراحي خنك سازي مصنوعي بخش داغ، بايد به خاطر داشته باشيد كه طراح توربين مرتباً تحت فشارهاي شديد برنامه زمانبدي توسعه, قابليت پرداخت, دوام و انواع ديگر محدوديت هاي درون نظامي مي باشد و همه اينها قوياً انتخاب يك طرح خنك سازي را تحت تاثير قرار ميدهند.
چالش هاي خنك سازي براي دماهاي گاز در حال افزايش بطور پيوسته و نسبت فشار كمپرسور
پيشرفت در موتورهاي توربين گاز داراي توان ويژه بالا و بازده بالاي پيشرفته نوعاً با افزايش در دماي عملكرد و كل نسبت فشار كمپرسور ارزيابي مي شود. رايجترين موتورهاي تك چرخه اي با نسبت‌هاي فشار بالاتر و دماهاي گاز افزايش يافته به شكل متناسب مي تواند توان بيشتري را با همان اندازه و وزن و بازده سوخت موتور كلي بهتر بدست آورد. موتورهاي داراي بهبود دهنده ها از لحاظ ترموديناميكي از نسبت هاي فشار بالاي كمپرسور, بهره نمي برند. آلياژهاي پيشرفته براي لايه ها نازك توربين مي تواند به شكلي ايمن در دماهاي فلز كمتر از      عمل كرده و آلياژها براي صفحات و ساختارهاي ساكن به   محدود مي شوند. ولي توربين هاي گازي مدرن در دماهاي ورودي توربين عمل مي كنند كه در سن بالاي اين محدوده هاست. همچنين يك تفاوت قابل توجه در دماي عملكردي بين توربين هاي هواپيماي پيشرفته و توربين هاي صنعتي وجود دارد. اين نتيجه تفاوتهاي اصلي در عمر, وزن, كيفيت هوا/ سوخت و محدوديت هاي مربوط به تابش ها مي باشد.