Математическое моделирование тепловых процессов лопаточного аппарата турбомашин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат наук Генералов Дмитрий Александрович

• Генералов Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Генералов Дмитрий Александрович

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН

1.1 Развитие технологий и техники охлаждения лопаток турбомашин

1.2 Особенности теплообмена и газодинамики в турбомашинах

1.2.1 Теплообмен на внешней поверхности лопаток турбин

1.2.2 Теплообмен в каналах систем охлаждения

1.2.3 Газодинамическая температурная стратификация: развитие феномена и его применение

1.3 Современные методы и средства математического моделирования и

прогнозирования теплового состояния лопаток турбомашин

1.4 Выводы по разделу

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН

2.1 Математическое моделирование теплового состояния лопатки

2.2 Метод определения граничных условий на основе моделирования газодинамики в пограничных слоях межлопаточного пространства

2.3 Выводы по разделу

3 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И АЛГОРИТМЫ ПРОГРАММ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН

3.1 Численный метод решения дифференциального уравнения

теплопроводности лопатки

3.2 Методика численного решения дифференциальных уравнений пограничного слоя на поверхности лопатки

3.3 Методика решения сопряженной задачи и алгоритмы программной реализации

3.4 Выводы по разделу

4 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АНАЛИЗА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН

4.1 Описание комплекса программ

4.2 Тестирование и анализ адекватности методик

4.3 Численное исследование теплового состояния лопатки

4.4 Результаты моделирования эффективности пленочного охлаждения

4.5 Исследование эффективности тепловой защиты, основанной на газодинамической температурной стратификации

4.6 Исследование путей повышения эффективности работы турбомашин

4.7 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГТД - газотурбинный двигатель; ГТУ - газотурбинная установка;

а - коэффициент теплоотдачи, ;

м^- К

а¿- местный коэффициент теплоотдачи рабочего тела на /-ой поверхности

Вт

лопатки,——;

м К

аохл - коэффициент теплоотдачи охладителя, ;

а3 - коэффициент теплоотдачи конденсированных частиц дисперсной фазы, ; 5 - толщина пограничного слоя, м;

Лл - коэффициент теплопроводности материала лопатки, ; ЛТ-коэффициент турбулентного переноса теплоты, ;

] Т - внутренний относительный КПД турбины;

] внутренний относительный КПД компрессора;

дТ - коэффициент турбулентного переноса количества движения, Пах;

д - динамический коэффициент вязкости, Пат;

у - показатель адиабаты;

р - плотность рабочего тела, ;

кг

рв - плотность вещества частиц, —;

м

кг

рл - плотность материала лопатки, —;

р5 - плотность конденсированной фазы, —; т - время, с;

Дж

с л - удельная теплоемкость материала лопатки, —; ср - удельная изобарная теплоемкость,ДЖ;

- коэффициент сопротивления трения конденсированных частиц дисперсной среды;

сС5 - диаметр конденсированной частицы, м;

1К - работа обратимого цикла сжатия в компрессоре, кДж/кг;

- работа необратимого сжатия в компрессоре, кДж/кг; 1Т - работа обратимого расширения в турбине, кДж/кг;

1ц - работа цикла, кДж/кг;

¿Т - работа необратимого расширения в турбине, кДж/кг;

Ь - периметр профиля, м;

№ - число Нуссельта;

Р - давление потока, МПа;

Pr - число Прандтля;

Р гТ — турбулентное число Прандтля;

цц - теплота, подводимая рабочему телу, кДж/кг;

- член, характеризующий интенсивность внутренних источников теплоты, Вт/м 3;

г - радиус кривизны, м; Я- газовая постоянная, Дж/кгК; Яе - число Рейнольдса;

- число Стантона;

- член, характеризующий интенсивность внутренних источников количества движения, Н\/и3;

Т - температура, К;

Т0 - начальная температура лопатки, К; 7у-температура потока рабочего тела, К;

Тг - температура «восстановления» ядра потока (адиабатная температура стенки

при отсутствии завесы), К;

Тш I - температура/-ой поверхности лопатки, К;

Тш 2 - температура поверхности лопатки со стороны охладителя, К;

Т^ - температура поверхности лопатки со стороны рабочего тела, К;

Т5 - температура частиц, К;

-адиабатная температура стенки, К; Тохл - температура охладителя, К; и - продольная составляющая скорости, м/с;

и0 - скорость потока в исходном сечении за пределами пограничного слоя, м/с; и5 - скорость частиц, м/с; V - поперечная составляющая скорости, м/с; и/х - продольная составляющая скорости, м/с; - поперечная составляющая скорости, м/с; - скорость потока в начальном сечении, м/с; и/Х00- скорость за пределами пограничного слоя, м/с. I - номер поверхности; ^ - параметры конденсированных частиц.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование тепловых процессов лопаточного аппарата турбомашин»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных способов достижения улучшенных характеристик перспективных газотурбинных установок в настоящее время является увеличение теплопроводных свойств рабочего тела перед турбиной (температуры и давления), что, в свою очередь, требует совершенствования технологий и техники тепловой защиты лопаточного аппарата, относящегося к наиболее теплонапряженным элементам конструкции.

Перспективным техническим решением в системах тепловой защиты является применение газодинамической температурной стратификации отбираемых потоков рабочего тела и охлаждающего воздуха, а также отработанных газов. Однако, включение устройств газодинамической температурной стратификации в системы тепловой защиты лопаточного аппарата может сопровождаться и негативными эффектами, связанными с отбором части стратифицируемого потока, уменьшением его давления, расхода и теплоотдачи. Дополнительные сложности при исследовании и применении газодинамической температурной стратификации связаны с фазовыми переходами и наличием в потоке газа конденсированных частиц, которые изменяют процессы теплового взаимодействия потока с обтекаемой поверхностью [36]. Все это требует достоверного и точного учета при исследовании технологий и техники тепловой защиты лопаточного аппарата перспективных газотурбинных установок.

Дороговизна и трудоёмкость натурных экспериментов [18] по отработке технологии и компоновочных решений систем тепловой защиты лопаточного аппарата, основанных на газодинамической температурной стратификации, требует разработки адекватного математического обеспечения для исследования процесса посредством вычислительного эксперимента. Поэтому тема работы, посвященная математическому моделированию тепловых процессов и численному исследованию теплового состояния охлаждаемых лопаток с учётом сопровождающих и инициируемых газодинамических явлений, является актуал ьной.

Цель работы - математическое моделирование и разработка численного метода с реализацией комплекса программ для проведения вычислительного эксперимента по исследованию тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок с выявлением эффективных методов их тепловой защиты.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработать метод математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок, обеспечивающий учет газодинамической обстановки в межлопаточном пространстве.

2. Выполнить математическое моделирование тепловых процессов на основе сопряженного решения задачи теплопроводности лопатки и задачи анализа пограничного слоя при конвективном охлаждении лопаток с использованием демпфирующих полостей и при использовании газодинамической температурной стратификации для тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин.

3. Разработать методики численные расчета на основе конечно-разностного метода и метода теплового баланса и алгоритмы математического моделирования тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин.

4. Разработать комплекс программ для исследования эффективности тепловой защиты лопаточного аппарата газотурбинной установки путем вычислительного эксперимента.

Объектом исследования являются тепловые и газодинамические процессы в газотурбинных установках с системами охлаждения лопаточного аппарата.

Предметом исследования являются методы математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок.

Методы исследования. Реализация цели и решение поставленных задач обеспечены использованием современных методов исследований, базирующихся на основных положениях теории тепломассообмена, гидрогазодинамики, пограничного слоя, математического моделирования и численных методов.

Научная новизна.

1. Разработан метод математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок, обеспечивающий анализ и учет газодинамической обстановки в пограничном слое межлопаточного пространства.

2. Выполнено математическое моделирование тепловых процессов на основе сопряженного решения задачи теплопроводности лопаток и задачи анализа пограничного слоя при конвективном охлаждении лопаток с использованием демпфирующих полостей, а также при использовании газодинамической температурной стратификации для тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин.

3. Разработаны численные методы расчета на основе конечно-разностного метода и метода теплового баланса и алгоритмы математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок для исследования эффективности тепловой защиты.

4. Создан комплекс программ для анализа теплового состояния лопаток турбомашин с учетом газодинамической обстановки в межлопаточном пространстве при различных способах тепловой защиты, обеспечивающий повышение результативности исследования и оценки заданной точности при сокращении вычислительных затрат математического моделирования.

Практическая значимость работы. Практическая значимость разработанного комплекса программ заключается в возможности поиска и отработки в вычислительном эксперименте с его помощью перспективных технических решений по тепловой защите лопаточного аппарата. Применение газодинамической температурной стратификации открывает возможности форсирования тактико-технических характеристик газотурбинной установки, либо увеличения её ресурса за счет повышения эффективности охлаждения лопаточного аппарата. Применение разработанного с использованием новых программ технического решения газотурбинного двигателя, защищенного патентом РФ №2537793, позволит повысить КПД турбоустановок на 0,35% при увеличении температуры рабочего тела на 50 °С.

Достоверность полученных результатов обеспечена совпадением полученных расчетных данных с экспериментальными и расчетными данными, полученными другими авторами, а также тестированием программного комплекса. Адекватность модели проверялась сопоставлением с экспериментальными данными, полученными другими исследователями, расчетных данных по распределению коэффициентов теплоотдачи и температуры на поверхности лопатки.

Реализация результатов работы. Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ - грант № 16-38-00475 мол_а «Разработка программно-информационного комплекса для исследования и отработки технологии тепловой защиты лопаток турбомашин», отдельные результаты получены в ходе выполнения проектов по гранту Президента Российской Федерации МД-1576.2014.8 «Моделирование, исследование и разработка методов повышения эффективности энергомашин с дисперсным рабочим телом» и гранту РФФИ № 15-48-02275-р_а «Разработка принципов и моделей создания и исследования новых энергосберегающих, экологически чистых и замкнутых теплотехнологий с газодинамической температурной стратификацией рециркулируемого теплоносителя», отдельные разработки выполнены при поддержке Российского агентства по делам молодежи (приказ №192 от 24.12.2014 г.) по проекту «Разработка программно-информационного комплекса для моделирования и исследования теплового состояния лопаток турбин».

Разработанный комплекс программ и методические разработки, связанные с исследованием эффективности тепловой защиты лопаток турбомашин, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника», а также на производстве в филиале «Ульяновский» ПАО «Т Плюс» для анализа работы лопаточного аппарата турбомашин.

Соответствие паспорту научной специальности. Исследование соответствует паспорту специальности 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: п. 3 - разработка, обоснование и

тестирование эффективных вычислительных методов с применением современных компьютерных технологий; п. 4 - реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента; п. 5 - комплексные исследования научных и технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента; п. 8 - разработка систем компьютерного и имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок, основанный на решении задач нестационарной теплопроводности лопатки, сопряженной с газодинамической обстановкой в пограничном слое межлопаточного пространства.

2. Результаты математического моделирования тепловых процессов на основе сопряженного решения задачи теплопроводности лопатки и задачи пограничного слоя при конвективном охлаждении лопаток с использованием демпфирующих полостей, а также при использовании газодинамической температурной стратификации для тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин.

3. Методики численного расчета на основе конечно-разностного метода и метода теплового баланса и алгоритмы математического моделирования тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин для исследования эффективности тепловой защиты.

4. Комплекс программ математического моделирования тепловых процессов в лопаточном аппарате газотурбинных установок и оценки эффективности тепловой защиты лопаток.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на 12-й и 13-й международных конференциях по численному анализу и прикладной математике ICNAAM (Греция, Родос, 2014 и 2015 гг.), Шестой Российской конференции по теплообмену (Москва, 2014 г.), VIII Международной

конференции «Проблемы промышленной теплотехники» (Украина, Киев, 2013 г.), международной конференции «IX Семинар вузов по теплофизике и энергетике» (Казань, 2015 г.), отраслевой конференции «Газовые турбины в энергетике и транспорте» (Москва, 2014 г.), X школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика В.Е. Алемасова (Казань, 2016 г.), научно-технических конференциях Ульяновского государственного технического университета (Ульяновск, 2009-2016 гг.), научно-технических семинарах кафедры «Тепловая и топливная энергетика» Ульяновского государственного технического университета (2012-2016 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях из перечня ВАК, 3 статьи в ведущих зарубежных изданиях, индексируемых в наукометрических базах Scopus и Web of Science, 1 патент на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. В списке трудов представлены 2 работы, выполненные единолично автором, а остальные 15 выполнены автором при его основном участии. При этом автором выполнялось: постановка задачи, выбор и разработка метода решения, расчеты, проработка и обобщение результатов, формирование выводов и заключения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (99 наименований) и приложений, включает 154 страницы машинописного текста, 69 рисунков и 3 таблицы.

Работа выполнена на кафедре «Тепловая и топливная энергетика» Ульяновского государственного технического университета.

1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЛОПАТОК

ТУРБОМАШИН

1.1 Развитие технологий и техники охлаждения лопаток турбомашин

Создателем отечественной школы газотурбостроения был В.М. Маковский, работавший в 1930-е гг. на кафедре турбостроения Харьковского механико-машиностроительного института. В настоящее время работы в области газотурбинных установок активно продолжают научные группы в МЭИ (ТУ), МГТУ им. Н.Э. Баумана, КНИТУ-КАИ, СамГТУ, ВТИ, НПО ЦКТИ, General Electric, Rolls-Royce, Pratt-Whitney, Sulzer и др.

Значительный вклад в исследование процессов теплообмена и газодинамики разработку систем тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин внесли работы Б.М. Галицейского [51], Л.М. Зысиной-Моложен [30], С.З. Копелева [29, 30], В.И. Локая [34, 52], M.T. Schobeiri [91], K.A.Thole [78] и др. Развитию теоретических представлений о температурной стратификации посвящены труды Э.П. Волчкова [7], А.Г. Здитовца [6], Н.Н. Ковальногова [28], А.И. Леонтьева [33], Ш.А. Пиралишвили [43]. Логическим развитием этих работ стало настоящее исследование.

При создании современных и перспективных газотурбинных установок одной из главных задач является увеличение их экономичности путем повышения начальных параметров рабочего тела при обеспечении достаточного ресурса элементов. Повышение экономичности газотурбинных установок достигается в значительной мере благодаря повышению температуры и давления газа на входе в турбину.

Разработка газотурбинных установок (ГТУ) следующего поколения предполагает в качестве одного из определяющих критериев проектирования существенное снижение их стоимости. Это актуально и для современных паровых турбомашин, применяемых в энергоблоках ТЭС и АЭС [18]. В настоящее время практика использования газовых турбомашин как первичных двигателей в промышленных областях становится общепринятой. Это становится возможным благодаря увеличению нагрузки на каждую ступень турбомашины. Обеспечение

работоспособности высоконагруженных лопаток невозможно без новых инструментов проектирования, основанных на математическом моделировании тепловых процессов и учитывающих характеристики реальной среды функционирования турбомашин, в первую очередь нестационарных газовых сил, действующих на лопатки [5, 10, 18, 97].

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в газодинамике является применение газодинамической температурной стратификации. Для этого проводятся исследования и разработки техники и технологии по повышению ее эффективности, в т.ч. путем применения дисперсного рабочего тела. Увеличение эффективности путем применения дисперсного рабочего тела определяется тем, что в нем при направленном поперечном (инерционном) перемещения частиц в пограничном слое (организованном специально) происходит существенная интенсификация теплоотдачи, а в сверхзвуковом потоке при такой интенсификации происходит уменьшение коэффициента восстановления температуры. Исследования указанных выше тепловых процессов невозможно без математического моделирования и разработки комплекса программ.

Системы охлаждения лопаток турбин классифицируются по двум принципиальным признакам: в зависимости от используемого хладагента - это жидкостные, воздушные, воздушно-жидкостные (двухконтурные); в зависимости от способа применения охладителя - это замкнутые, открытые, полузамкнутые.

Метод охлаждения - это метод отвода тепла, который обеспечивает основное снижение температуры защищаемой от перегрева детали. Методы охлаждения делятся на три основные группы: конвективное (внутреннее) -греющий газ и охладитель разделены телом защищаемой от перегрева детали; заградительное (внешнее) - охладитель отделяет (оттесняет) горячий газ от поверхности детали, препятствуя поступлению в нее тепла; комбинированные (конвективно-заградительное) - снижение температуры детали осуществляется благодаря одновременному действию 1 -го и 2-го методов.

По виду хладагента методы охлаждения разделяются на воздушные и жидкостные. В современных газовых турбинах при использовании в качестве охлаждающей среды воздуха могут быть осуществлены все три указанные выше метода охлаждения. Организация воздушного охлаждения наиболее проста по конструкции и имеет высокую надежность в эксплуатации, а поэтому и получила наибольшее распространение.

При проектировании систем охлаждения стремятся к сокращению общего расхода охлаждающего воздуха, отбираемого из компрессора и, следовательно, к снижению затрат энергии на его сжатие. Это обеспечивает более рациональное распределение воздуха по каналам тракта охлаждения и уменьшение утечек из системы охлаждения в проточную часть. Согласно экспериментальным данным, утечка в поточную часть турбины только 1% охлаждающего воздуха в зависимости от места выдува, его направления, интенсивности, вызывает уменьшение ее КПД на 1-1,5 % [29, 30]. Сокращение суммарного расхода охладителя достигается повышением интенсивности теплоотдачи в охлаждающих каналах путем использования специальных турбулизаторов потока, различных дефлекторов и конструктивных элементов, которые увеличивают поверхность теплоотвода. Частично данные процессы можно моделировать в коммерческих пакетах LMS Virtual. Lab, CFX-TASC flow и ANSYS-CFX.

Конвективное воздушное охлаждение лопаток газовых турбин реализует два варианта охлаждения:

- направление воздуха через внутреннюю полость, с возможностью установки профилированного дефлектора, либо отверстия вдоль пера лопатки (рис. 1.1, а, б, в);

- направление воздуха по направлению вдоль профиля через пространство между внутренним дефлектором и профилем лопатки (рис. 1, г).

Другой вариант, заградительное охлаждение лопаток турбомашин, осуществляется вдувом на наружную поверхность через щели или отверстия в стенке относительно холодного воздуха(«пленочное охлаждение») (рис. 1.1, д), либо применением пористого материала («пористое охлаждение») (рис. 1.1, ж).

Рисунок 1.1 - Принципиальные схемы воздушного охлаждения

лопаток [63]

Наиболее продуктивным для защиты наиболее нагретых участков профиля является пленочное охлаждение, особенно для входной и выходной кромок (рис. 1.1, е, з) [30, 31, 70]. В этом случае реализуемая система охлаждения лопатки становится комбинированной заградительно-конвективной: конвективное охлаждение средней части профиля выполняется в сочетании с пленочным охлаждением кромок.

В работах [2, 3, 32] рассматривалось влияние на эффективность пленочного охлаждения лопаточного аппарата геометрии профиля лопатки. Установлено, что при различных параметрах кривизны профиля отдача пленочного охлаждения # может меняться до 15% относительно плоской пластины. Для моделирования подобных задач может использоваться пакет вычислительной гидрогазодинамики ANSYS Fluent.

Достигнутые в 1935-1940 гг. успехи в аэродинамике турбин позволили приступить к созданию авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с приемлемыми величинами КПД и удельной мощности при начальной

температуре газа 770° - 830° С [65]. Созданные в начале 40-х гг. прошлого века жаропрочные сплавы на никелевой основе позволяли обеспечивать работу лопаточных аппаратов при указанной температуре в течение 25-50 ч., а жаропрочные высоколегированные стали аустенитного класса - достаточную работу остальных деталей турбины в течение 50-100 ч.

Двигатели 1-го поколения появились в СССР в1950-х гг., температура газа перед турбиной составляла 1000-1100 К. Уже тогда применялись жаропрочные сплавы на никелевой основе для изготовления сопловых и рабочих лопаток турбины. К этому поколению двигателей можно отнести отечественные двигатели: АМ-3, АМ-5, ВК-1, АИ-20, НК-12 и др.

Уже в последующее десятилетие жаропрочность материалов возрастала со скоростью 10 градусов в год, а температура газа перед турбиной - на 20 градусов в год. В 1960-х гг. были созданы двигатели 2-го поколения, с температурой газа перед турбиной порядка 1200-1300 К. В этих двигателях лопатки соплового аппарата 1 -й ступени выполнялись охлаждаемыми, а рабочие лопатки 1 -й ступени, как правило, неохлаждаемыми. К таким двигателям относятся отечественные Р11-300, АЛ-7 и др., и зарубежные1-79, JT3D и др. В некоторых моделях двигателей этого поколения впервые было реализовано охлаждение рабочих лопаток 1-й ступени турбины, например, Д20П, АИ-25 в СССР и «Тайн», «Конуэй» за рубежом.

С 1960-х годов наблюдалось замедление темпа роста жаропрочности материалов до величины 5 градусов в год. Тем не менее, темпы возрастания по годам температуры газа перед турбиной оставались прежними. Это объясняется работами по созданию эффективных систем охлаждения лопаток турбин.

В 1970-х годах были созданы двигатели 3-го поколения, в которых уровень температуры газа перед турбиной составлял 1400 - 1500 К. К примерам двигателей этого поколения можно отнести TF-39 фирмы «General Electric», «Олимп», «Спей»ДБ-199, RB-211 фирмы «Rolls-Royce», JT8D и JT9D фирмы «Pratt-Whitney». Для двигателей этого поколения характерным является внедрение высокоэффективных схем конвективного охлаждения рабочих лопаток

и применение конвективно-пленочного охлаждения на сопловых лопатках (рис. 1.2, а, б, рис. 1.3). На некоторых двигателях этого поколения (КВ-211, ТБ-39) использовались рабочие лопатки с конвективно-пленочным охлаждением. Расход воздуха на конвективно-пленочное охлаждение лопаток составляет 4 - 7 % от расхода воздуха через компрессор.

Рисунок 1.2 - Сопловые лопатки турбин с конвективно-пленочным охлаждением [51]: а - модель1Т9Б-7 (1 - лопатка; 2 - дефлектор; 3 - интенсификатор); б - модельТБ-39 (1 - лопатка; 2 - дефлектор);

в - модельЯВ-211 (1 - лопатка; 2 - дефлектор; 3 - уплотнение)

В 1980-х годах появились более совершенные двигатели 4-го поколения, у которых температура газа перед турбиной составляла 1600 - 1700 К. Данные двигатели отличались реализацией более эффективных схем исполнения пленочного охлаждения в сопловых и рабочих лопатках 2-й ступени. Для уменьшения неравномерности температуры в лопатке и повышения эффективности охлаждения выходной кромки, внутри лопатки создается течение воздуха в радиальном и поперечном направлениях. Такие схемы получили название схем со смешанным направлением течения воздуха. Например, смешанное направление течения охлаждающего воздуха использовалось на

лопатках фирмы «Зульцер». Для улучшения охлаждения входной кромки на ее внутренней поверхности были расположены турбулизаторы в виде ребер небольшой высоты, поперек которых воздух протекал с большой скоростью [29,

Дальнейшее повышение температуры газа перед турбиной ГТД связано с совершенствованием материалов и систем охлаждения, ограничивающих увеличение расхода воздуха на охлаждение лопаток турбин [86, 89, 92].

В настоящий момент многие исследования направлены на сравнение эффективности газотурбинных турбоустановок при различных схемах охлаждения. В [99] проведено сравнение трех схем охлаждения лопатки: воздушного, открытой системы с применением в качестве хладагента пара (OCSC), и замкнутой системы охлаждения с применением пара в качестве хладагента (CLSC). Корпорация Toshiba занимается изучением газовых турбин с высокими температурами газа. Установлено что повышение эффективности на 2 %, по сравнению с аналогами, может дать экономию в размере 30-40 миллионов

30].

Рисунок 1.3 - Схема рабочей лопатки двигателя ХГ9В-7 со струйной системой охлаждения [51]: 1 - лопатка; 2 - дефлектор;

3 - интенсификаторы

долларов расходов на топливо за типичный 30-летней жизни производства мощностью 400-500 МВт.

В настоящее время получают большее применение альтернативные воздуху теплоносители, такие как пар. Применение перегретого пара более эффективно, поскольку он поглощает больше тепла. Применение парового охлаждения приводит к увеличению эффективности цикла и выходной мощности турбоустановок.

Открытая схема парового охлаждения имеет определенные недостатки:

1. Потери давления за счет трения и аэродинамических потерь в результате выброса охлаждающего пара в проточную часть.

2. Внутренние потери, так как давление пара значительно выше в месте его ввода, чем давление газа.

3. Потери охлажденного пара в качестве источника конденсата.

Пар, в качестве теплоносителя, имеет лучшую теплоемкость и электропроводность, по сравнению с воздухом. Удельная теплоемкость воздуха остается практически постоянной в широком диапазоне от 260 до 1316° С с колебаниями от 1,005 до 1,214 кДж/кг К, а удельная теплоемкость пара изменяется с давлением и температурой[99].

На рисунках 1.4, 1.5 представлено сравнение эффективности трех систем охлаждения в зависимости от температуры газов на входе в турбину.

1324 1424 1524 1624 1724 1824

TIT к

Рисунок 1.4 - Изменение общей мощности в зависимости от температуры газа на

входе в турбину[99]

48 ■

- -*— - air cooling

- -о- - -open-drcuit steam —А-closed-loop steam

18

Рисунок 1.5 - Изменение эффективности в зависимости от температуры газа на

входе в турбину [99]

Кроме того, требуемый расход пара может быть относительно небольшим. Это видно на рисунках 1.6, 1.7.

Рисунок 1.6 - Изменение мощности в зависимости от степени

охлаждения [99]

Рисунок 1.7 - Изменение мощности в зависимости от степени

охлаждения [99]

Таким образом, становится ясно, что увеличение количества охлаждающей жидкости, например, в системе воздушного охлаждения дает самые низкие значения специфичны мощности и эффективности из-за прямых потерь турбинного работы, вызванной соответствующей компрессорной работы и снижение турбинного массы потока, так как показаны на рисунках1.6 и 1.7.

В работе [89] проведено сравнение влияния различных способов охлаждения лопаток на термодинамическую эффективность комбинированного цикла. Рассматривались схемы с применением в качестве теплоносителя воздуха и пара в открытых и замкнутых схемах. Открытые схемы включают в себя конвективное, пленочное и пористое охлаждение. Замкнутые схемы - только конвективное охлаждение. Однако, расход хладагента может быть настолько велик, что прирост затрат на охлаждение будет нивелировать прирост мощности, вызванный увеличением температуры газа перед турбиной.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Генералов Дмитрий Александрович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андерсон, Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. Т.2: Пер. с англ. / Д. Андерсон, Дж. Таннехил, Р. Плетчер. - М.: Мир, 1990. -392 с.

2. Белотелова Л.Н., Волошин П.А., Оськин С.А. и др. Исследование влияния аэродинамической схемы проточной части вихревой ступени на ее эффективность //Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана ISSN 0236-3491, сер. «Машиностроение» - М.: МГТУ, 2012. С.35-40

3. Бойко А.В. Пространственная оптимизация лопатки прямой турбинной решетки с изменением профиля по высоте / А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко, В.С. Баранник // Вюник НТУ «ХП1». - Харьков: НТУ «ХП1», 2013. - №14(988). - С.5-10.

4. Веретельник А.В. Исследование эффективности транспирационного охлаждении высокотемпературных газовых турбин: Автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.04.12. / Веретенник Алексей Викторович; МГТУ им. Н.Э. Баумана.

- М.: 2008. - 18 с.

5. Венедиктов, В.Д. Газодинамика охлаждаемых турбин / В.Д. Венедиктов.

- М.: Машиностроение. 1990. - 240 с.

6. Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование температурной стратификации воздушного потока, протекающего через сверхзвуковой канал, с центральным телом в виде пористой проницаемой трубки // Изв. РАН. МЖГ. 2013. № 5. С. 134-145.

7. Волчков, Э.П., Газодинамическая температурная стратификация в сверхзвуковом потоке / Э.П. Волчков, М.С. Макаров // Известия РАН. - 2006. -№2. - С. 19-31.

8. Генералов, Д.А. Способы охлаждения лопаток авиационных газотурбинных двигателей // Гражданская авиация: XXI век. - Ульяновск: УВАУГА, 2015. - С. 186-187.

9. Генералов Д.А., Золотов А.Н. Разработка программно-информационного комплекса для исследования теплового состояния лопаток турбомашин и отработки технологий их тепловой защиты / Сборник тезисов участников форума «Наука будущего - наука молодых». - Севастополь, 2015. - Т. 1. - С. 90-92.

10. Григорьев, А.В. Метод расчета интенсивности турбулентности потока газа на выходе из камеры сгорания газотурбинного двигателя / А.В. Григорьев, В.А. Митрофанов, О.А. Рудаков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева, Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет. - 2007. - №2. - С. 72-76.

11. Горелов, Ю.Г., Копылов И.С. Формирование эффективности конвективного охлаждения рабочих лопаток турбин с вихревыми схемами течения охладителя / Ю.Г. Горелов, И.С. Копылов // Труды XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. М.: Издательство МЭИ, 2003. Т.2. С. 7-17.

12. Ершов, С.В. Решение уравнений газовой динамики с помощью неявной итерационной схемы. // Вюник Харьювского нащонального ушверситету. -2007.-№775.- С. 159-173.

13. Журин, С.В. Методика численного моделирования конвективного теплообмена на телах сложной формы с использованием метода эффективной длины: Автореферат дисс. ... канд. физ-мат. наук: 05.13.18 /Журин Сергей Викторович; - М.: МФТИ., 2009. - 17 с.

14. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган. - М.: «Мир», 1986 . - 318 с.

15. Зубарев, В.А. Термодинамический эффект температурного разделения газовой струи и его применение в народном хозяйстве /В.А. Зубарев, Р.Ю. Шарафеев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева. - 2007. - №2. - С. 103-108.

16. Иванов, Н.Г. Численное моделирование трехмерного течения и теплообмена в трансзвуковой турбинной решетке на основе модели турбулентности Спаларта-Аллмараса / Н.Г. Иванов, М.А. Николаев, Д.С. Тельнов

// Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках. Том II. -М.: Издательство МЭИ, 2003. - С. 70-73.

17. Измоденова, Т. Ю. Нестационарная газовая завеса при воздействии неоднородного колеблющегося потока/ Измоденова Т.Ю., Кортиков Н.Н., Кузнецов Н.Б. // Теплофизика и аэромеханика, - 2008. - Том 15. - №4. -С. 623 - 628.

18. Капелович, Б.Э. Эксплуатация паротурбинных установок /Б.Э. Капелович. - М.: Энергоатомиздат, 1985.- 304 с.

19. Кровошеев, И.А. Метод оптимизации геометрии лопаточных аппаратов и газового тракта турбин ГТД с использованием численных экспериментов и теории планирования эксперимента / И.А. Кривошеев, Е.В. Осипов //Вестник УГАТУ. -2010. - Т.14.- № 3(38). - С. 116-123.

20. Ковальногов В.Н., Генералов Д.А. Исследование теплового состояния лопаток турбомашин с помощью программно-информационного комплекса // IX Школа-семинар по проблемам тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. - Казань: КГЭУ, 2014. - С. 227-231.

21. Ковальногов В.Н., Генералов Д.А. Исследование теплового состояния лопаток турбомашин // Шестая Российская национальная конференция по теплообмену. - Т. 3. - С. 181-182.

22. Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А. Исследование теплового состояния лопаток турбомашин с помощью программно-информационного комплекса // Известия МГТУ «МАМИ», 2014. - №4(22). - Т.1. - С. 22-27.

23. Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А. Разработка эффективных способов повышения экономичности газовых турбин // IX Семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике: сборник материалов докладов. - Казань: КГЭУ, 2015. -Т. IV. - С. 29-35.

24. Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А., Золотов А.Н. Моделирование эффективности тепловой защиты лопаток газотурбинной установки // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических

установках: (ХХ Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева). - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. -С. 255-257.

25. Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А. Разработка способов тепловой защиты турбинных лопаток на основе вычислительного эксперимента в среде turboworks / В.Н. Ковальногов, Р.В. Федоров, Д.А. Генералов // Промышленная теплотехника, 2013. - Т. 35. - №7.- С. 71-74.

26. Ковальногов В.Н., Цветова Е.В., Петров А.В. Моделирование и исследование газодинамической температурной стратификации в дисперсном потоке /В.Н. Ковальногов, Е.В. Цветова, А.В. Петров // Промышленная теплотехника, 2013. - Т. 35. - №7.- С. 71-74.

27. Ковальногов, Н.Н. Пограничный слой в потоках с интенсивными воздействиями / Н.Н. Ковальногов.- Уляьновск: УлГТУ, 1996. - 246 с.

28. Ковальногов, Н.Н. Оптимизация параметров процесса газодинамической температурной стратификации в дисперсном потоке / Н.Н. Ковальногов, Е.В. Фокеева //Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2010. - №11-12. - С. 3-11.

29. Копелев, С. З. Охлаждаемые лопатки газовых турбин (тепловой расчет и профилирование) / С.З. Копелев. - М.: «Наука», 1983. - 144 с.

30. Копелев, С. З. Конструкция и расчет систем охлаждения ГТД / С.З. Копелев, А.Ф. Слитенко. - Х.: «Основа», 1994. - 240 с.

31. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена / С.С. Кутателадзе. - М.: Атомиздат, 1979. - 416 с.

32. Левченя, А.М. Чиссленное моделирование турбулентного течения и теплообмена в области сочленения пластины и закрепленного на ней симметричного тела с утолщенной лобовой частью / А.М. Левченя // Проблемы газодинамики и тепломассобмена в аэрокосмических технологиях. Том 2. - М.: Изд-во МЭИ, 2009. - С. 90-93.

33. Литовко, И.Ю. Исследование напряженно-деформационного состояния лопаток газотурбинных установок. // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов III Всероссийской научно-практической

конференции с элементами научной школы для студентов и учащейся молодежи. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2013. - С. 3234.

34. Локай, В. И. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов / В.И. Локай, М. К. Максутова, В. А. Стрункин. - М.: Машиностроение,1991. -512 с.

35. Ляндзберг, А.Р. Вихревые теплообменники и конденсация в закрученном потоке / А.Р. Ляндзберг, А.С. Латкин. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. - 149 с.

36. Магазинник, Л. М. Коэффициент восстановления температуры и теплоотдача высокоскоростного дисперсного потока / Л. М. Магазинник // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009» : Материалы V Всероссийской научно-технической конференции. Т.1. Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2009. - С. 474-479.

37. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса / В.И. Полежаев, А.В. Бунэ, Н.А. Верезуб и др. -М.: Наука, 1987. - 273 с.

38. Методы и приборы технического диагностирования тепловой защиты и радиопоглащающих покрытий авиационно-космических аппаратов/ Под общ. ред. А. И. Фесенко. - М.: «Машиностроение», 2008. - 105 с.

39. Милихин, С.Г. Приближенные методы решения дифференциальных и интегральных уравнений /С.Г. Милихин, Х.Л. Смолицкий. - М.: «Наука», 1965. -386 с.

40. Нагога, Г. П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин: учебное пособие / Г.П. Нагога. - М.: Изд. МАИ, 1996. - 100 с.

41. Осокин, В. А. Перспективы совершенствования конструкций теплозащитных покрытий для лопаток газотурбинных установок / В.А. Осокин, П.А. Шпак, Е.Л. Пиюк // Перспективные материалы. - 2008. - №2. - С.19-27.

42. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости /С. Патанкар. - М.: Энергоатомиздат. 1984. 154 с.

43. Пиралишвили Ш.А., Веретенников С.В. Вихревой эффект и интенсификация процессов тепло- и массообмена в элементах энергетической техники // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета (национального исследовательского университета). 2011. № 3(27), ч. 1. С. 241-247.

44. Пахомов, М.А. Моделирование структуры течения и теплообмена в турбулентном газокапельном пограничном слое/ М.А. Пахомов, В.И. Терехов // Известия РАН, 2012.- № 2. - с. 40-51.

45. Пашаев А.М. Эффективные методы расчета элементов авиационных газовых турбин /А.М. Пашаев, А.Д. Аскеров, Садыхов Р.А. // Авиационно-космическая техника и технология, 2005. - №3. - с. 25-34.

46. Программа для расчета теплового состояния лопаток турбомашин [Электронный ресурс]: програм. продукт / Генералов Д.А., Ковальногов В.Н., Федоров Р.В.; Ульян. гос. техн. ун-т. - Свид. о гос. рег. программы для ЭВМ № 2014616247, опубл. 18.06.2014.

47. Пятунин, К.Р. Тестирование и адаптация новых подходов к моделированию течения в нестационарной постановке для задач аэродинамики / К.Р. Пятунин, Н.С. Лугигига, Р.А. Диденко //11-я Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2012». Тезисы докладов. - СПб.: Мастерская печати, 2012. - С. 220-221.

48. Сегерленд, Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерленд. -М.: «Мир».1979. - 392 с.

49. СипатовА.М., Оценка теплового состояния рабочей лопатки турбины высокого давления на основе трехмерного моделирования, / A.M. Сипатов, Л.Ю.Гомзиков// журнал Известия самарского научного центра РАН. Самара:СНЦРАН, 2010. - Вып. 4. - С.51-58.

50. Темам, Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. /Пер. с англ.// Под ред. Кузнецова В.Г., Яненко Н.Н. - М.: «Мир», 1981. - 409 с.

51. Тепловая защита лопаток турбин/ Б. М. Галицейский, В. Д. Совершенный, В. Ф. Формалев, М. С. Черный // Под ред. Б. М. Галицейского. -М.: Изд. МАИ, 1996. - 356с.

52. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов /В.И. Локай, М.Н. Бодунов, В.В. Жуйков, А.В. Щукин. -М.: Машиностроение. 1985. - 216 с.

53. Титов А.А. Экспериментальное исследование сопротивления и теплообмена на поверхности со сферическими углублениями в потоке сжимаемого газа // Известия РАН. Серия «Энергетика». 2010 г. №6, С. 126-131.

54. Тихонов А.С.Исследование влияния формы профилированных отверстий перфорации на эффективность пленочного охлаждения плоских пластин и спинок лопаток газовых турбин. - Сборник тезисов «Научно-технический конгресс по двигателестроению (НТКД-2010)», г. Москва, 15-16 апреля 2010 г., С. 55-57.

55. Федоров, Р.В. Коэффициент восстановления температуры и теплоотдача в ламинарном пограничном слое на пластине обтекаемой высокоскоростным газовым потоком / Р.В. Федоров, Л.М. Магазинник // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. Материалы докладов V школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. Казань. Исследовательский центр проблем энергетики. 2006. - С. 113-116.

56. Федоров Р.В., Генералов Д.А., Корнилова М.И. Математическое моделирование и численный анализ теплового состояния лопаток турбомашин, обтекаемых сверхзвуковым дисперсным потоком//Автоматизация процессов управления, 2014. - №4(38). - С.55-60.

57. Формалев, В.Ф. Численные методы / В.Ф. Формалев, Д.Л. Резников -М.: ФИЗМАЛИТ, 2004. - 400 с.

58. Халатов, А.А. Неравномерность двухструйного пленочного охлаждения / А.А. Халатов, Н.А. Панченко, И,И. Борисов//Авиационно-космическая техника и технология. 2014. - №8 (115). - С. 94-99.

59. Численное моделирование нестационарных явлений в газотурбинных двигателях: Научное издание/ Августинович В.Г., Шмотин Ю.Н. и др. - М.: Машиностроение, 2005. - 536 с.

60. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов, А.В. Забродин, М.Я. Иванов и др. - М.: «Наука», 1976. - 400 с.

61. Чупин, П.В. Определение граничных условий внешнего теплообмена на поверхности лопатки турбины / П.В. Чупин, Ю.Н. Шмотин// «Энергетические установки: тепломассообмен и процессы горения»: материалы I Международной конференции, посвященной 70-летию основателя Рыбинской школы теплофизиков д.т.н., профессора Ш.А. Пиралишвили. - Рыбинск: 2009. - С. 225227.

62. Чуян, Р.К. Методы математического моделирования двигателей летательных аппаратов. - М.: «Машиностроение». 1988. - 146 с.

63. Швец, И. Т. Воздушное охлаждение деталей газовых турбин / И. ТШвец,Е. П. Дыбан - К.: «Наукова думка». 1974. - 487 с.

64. Шлихтинг,Г. Возникновение турбулентности / Г. Шлихтинг. - М.: Иностранная литература. 1962. - 200 с.

65. Al Ali A. R., Janajreh I.Numerical simulation of turbine blade cooling via jet impingement // The 7th International Conference on Applied Energy - ICAE2015, Energy Procedia. - 2015.Vol.75 (2015).P.3220 - 3229.

66. Ahmed M. Eslayed, Farouk M. Owis, M.Madboudi Abdel Rahman Film Cooling Optimization Using Numerical Computation of the Compressible Viscous Flow Equations and Simplex Algoritm. // International Journal of Aerospace Engineering -Vol. 2013.Article ID 859465. - 24 P.

67. AL-Luhaibi A., Mohammad T. Thermal analysis of cooling effect on gas turbine blade // International Journal of Research in Engineering and Technology.-2014.Vol.03(03). P.603 - 610.

68. Ashoka T. K., Badarinath C.,Sharin S. Analysis of compound angled gas turbine blade leading edge model on adiabatic film cooling effectiveness by numerical

investigation using CFD //International Journal for Scientific Research & Development. - 2015. Vol. 3(2). P.1802 - 1805.

69. Colban W. F. Thole K. A., Bogard D. A film-cooling correlation for shaped holes on a flat-plate surface // Journal of Turbomachinery.- 2011. Vol. 133(1). -011002. P. 011002-1- 011002-11.

70. Channakeshava B. C., Prakash H. R. Rangaswamy T.CFD investigation of internal cooling of gas turbine blades with and without ribs // International Journal for Scientific Research & Development. - 2015. Vol. 3(5).P.332 - 334.

71. Ducros F., Ferrand V., Nicoud F. Large-Eddy Simulation of the Shock // Turbulence Interaction. - Journal of Computational Physics 152. - 1999. P. 517 - 549.

72. Gao Z., Narzary D. P., Han J. C. Film cooling on a gas turbine blade pressure side or suction side with axial shaped holes // International Journal Heat and Mass Transfer. - 2008. Vol.51. P.2139 - 2152.

73. Giridhara B. Y., Ashok B. T., Anbalagan M., Meena R. Experimental and numerical investigation of adiabatic film cooling effectiveness over the compound angled gas turbine blade leading edge model // IJMET. 2014.- Vol. 5(9).P. 91 - 100.

74. Hasinia H., Sarah S. A. F.,Mohd J. M. N. CFD analysis of first stage nozzle cooling optimization in power station gas turbine // Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering). - 2015. Vol.76(5). P. 73-78.

75. Islami S.B.,Jubran B.A. The effect of turbulence intensity on film cooling of gas turbine blade from trenched shaped holes // Journal of Heat and Mass Transfer. -

2012. Vol. 48(5). P. 831-840.

76. Kianpour E., Sidik N. A. C., Wahid M.A. Cylindrical and row trenched cooling holes with alignment angle of 90° at different blowing ratios // CFD Letters.

2013. Vol. 5(4). P. 165 - 173.

77. Kovalnogov V. N., Fedorov R.V., Generalov D. A. Modeling and Development of Cooling Technology of Turbine Engine Blades // International Review of Mechanical Engineering. - 2015. Vol. 9. P.331 - 335.

78. Lawson S.A., TholeK.A. Simulations of multiphase particle deposition on end wall film-cooling holes in transverse trenches // Journal of Turbomachinery.- 2012. Vol. 134(5). P. 051040-1 - 051040-10.

79. Maikell J., Bogard D., Piggush J., Kohli A. Experimental simulation of a film cooled turbine blade leading edge including thermal barrier coating effects // Journal of Turbomachinery.- 2010. Vol. 133(1). P. 011014-1 - 011014-7.

80. Mazaheri K., Zeinalpour M., Bokaei H.R. Turbine blade cooling passages optimization using redused conjugate heat transfer methodology // Applied Thermal Engineering. - 2016. P. 1228 - 1236.

81. Motallebi A., Bakhtiyarikhoei M. Comparison and optimization of different methods to cooling in gas turbines and efficiency increase //Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences.- 2015. Vol. 5 (S2).P. 1202 - 1208.

82. Mustapha Benabed, Abbes Azzi, B.A. Jurban Numerical investigation of the influence of incidence angle on asymmetrical turbine blade model showerhead film cooling effectiveness // Heat and Mass Transfe. - 2010. Vol. 46.P. 811 - 819.

83. Nabeel Al-Zufri, Ali Turan LES of rotation effects on film cooling effectiveness and heat transfer coefficient in a gas turbine blade with one row of air film injection // International Journal of Thermal Sciences 99. - 2016. P. 96 - 112.

84. Je-Chin Han, Akhilesh P. Rallabandi Turbine blade film cooling using PSP technique - Frointers in Heat and Mass Transfer (FHMT). - 2010.doi: 10.5098/hmt.v1.1.3001

85. Wanga J., Sundenc B., Zenga M. Film coolingeffectsonthetip flow characteristics of a gas turbine blade // Propulsion and Power Research.- 2015. Vol. 4(1). P. 9-22.

86. Pashayev A., Ardil C., Askerov D., Sadiqov R. Mathematical modeling of gas turbine blade cooling// International Scholarly and Scientific Research & Innovation. -2008.Vol. 2(1). P.45 - 53.

87. Rezasoltani M., Schobeiri M.T.,Han J.C., A combined experimental and numerical study of the turbine blade tip film cooling effectiveness under rotation condition // Journal of Turbomachinery. - 2014. Vol. 136(9). P.091009 - 091009-10.

88. Rosette A.H., Mazur Z.C., Demeulenaere A., Hernandez J. A. The effect of start-up cycle in ceramic coating used as thermal barrier for a gas turbine bucket // Applied Thermal Engineering. - 2009. P. 3056 - 3065.

89. Sanjay, Onkar Singh, B.N. Prasad Influence of different means of turbine blade cooling on the thermodynamic performance of combined cycle // Applied Thermal Engineering. - 2008. P. 2315 - 2326.

90. Shukla Anoop Kumar, Singh Onkar Performance evaluation of steam injected gas turbine based power plant with inlet evaporative cooling // Applied Thermal Engineering. - 2016. P. 454 - 464.

91. Suryanarayanan A., Ozturk B., Schobeiri M.T. Film-cooling effectiveness on a rotating turbine platform using pressure sensitive paint technique //Journal of Turbomachinery. - 2010. Vol. 132 .doi: 10.1115/1.3142860.

92. Theju V., Uday P.S., Reddy G., Manjunath C.J. Design and Analysis of Gas Turbine Blade // IJIRSET. - 2014. P. 13533 - 13539.

93. Tuncer Cebeci Analysis of Turbulent Flows with Computer Programs / Third Edition /Butterworth-Heinemann is an imprint of Elsevier, 2013- 458 P.

94. Vladislav N. Kovalnogov, Ruslan V. Fedorov, Dmitry A. Generalov, Yury A. Khakhalev, and Aleksandr A. Zolotov. Numerical research of turbulent boundary layer based on the fractal dimension of pressure fluctuations // AIP Conference Proceedings 1738, 480004 (2016); doi: 10.1063/1.4952240

95. Vladislav N. Kovalnogov, Ruslan V. Fedorov and Dmitry A. Generalov Modeling, research and development the technology of cooling of turbine engine blades. //AIPConference Proceedings. - 2015. doi: 10.1063/1.4913087

96. Wilczek M. Numerical and Theoretical investigation of Fluid Turbulence. -High Performance Computinf in Science and Engineering, Akademie der Wissenschaften, Garching / Munich. - 2012. P.108- 110.

97. Xingdan Z., Jingzou Z., Xiaoming T. An experimental investigation of showerhead film cooling performance on a turbine blade //Procedia Engineering. -2015.Vol.99 P. 634 - 645.

98. Xu L., Hongde Y., Lei W. Evolution of Rolls-Royce air-cooled turbine blades and feature analysis // Procedia Engineering. - 2015. Vol. 99. P. 1482 - 1491.

99. Yousef S.H. Najjar, Abdullah S. Alghamdi, Mohammad H. Al-Beirutty Comparative performance of combined gas turbine systems under three different blade cooling schemes // Applied Thermal Engineering. - 2004. P. 1919 - 1934.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Акты о внедрении результатов диссертационной работы

431460, Российская Федерация, Ульяновская область, Старомайнский район р.л.Старая Майна, улица Строителей, ЗА тел.[phone] e-mail: biodom [e-mail] факс: [phone]

Исх. № 14 от 1.12.2016 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Генералова Дмитрия Александровича

Ульяновская область

Шестнадцатоее декабря две тысяча шестнадцатого года Комиссия в составе:

председатель Бояркин Михаил Сергеевич - генеральный директор ООО «Биодом», члены комиссии:

Тукаев Виктор Николаевич - начальник конструкторского бюро ООО "Биодом"; Гречихин Степан Васильевич - начальник ПТО ООО "Биодом";

Самохина Валентина Андреевна - начальник расчетно-сметного отдела ООО "Биодом", составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы на тему «Математическое моделирование тепловых процессов лопаточного аппарата турбомашин»,

представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в проектно-аналитической и производственной деятельности ООО «Биодом».

ООО "Биодом" является разработчиком, изготовителем и одним из ведущих поставщиков деталей и агрегатов, для ОАО "Авиастар-объединеннго предприятия энергоснабжения".

Использование результатов позволяет повысить эффективность эксплуатации турбоагрегатов, сокращает финансовые и временные затраты на их изготовление, а также помогает повысить уровень подготовки специалистов, занимающихся эксплуатацией и ремонтом турбоагрегатов.

Председателькомиссии: Члены комиссии:

-¿/¿¿¿Бояркин М.С.

5

Тукаев В.Н. Гречихин С.В. CjfUtt&f*"^амохина В.А.