Вдосконалення газотурбінних установок пористим охолодженням повітря на поверхнях напрямних лопаток компресора

Abstract

Метою роботи є обґрунтування способу підвищення техніко-економічної ефективності газотурбінних установок простого та складного циклів за рахунок зниження витрат на стискання при пористому охолодженні повітря на поверхнях напрямних лопаток компресора. Ефективність випарного охолодження при стисканні вологого повітря в умовах квазіізотермічного процесу визначено математичним моделювання процесів тепло– і масопереносу при випаровуванні води в умовах квазіізотермічного стиснення з урахуванням теплопровідності у металі, теплообміну між металом і рідиною, рухом рідини в пористій конструкції. Охолодження повітря розглядається як результат випаровування води та теплообміну на поверхні напрямних лопаток компресора при теплопровідності в їх пористій структурі. Процеси руху води в пористій структурі розглянуті при взаємодії в’язкісних та інерційних сил. Представлені одновимірні та двовимірні моделі дозволили дослідити температурні поля в пористій оболонці при випаровуванні води як на зовнішній поверхні пор та на загальній поверхні напрямної лопатки, що дозволило оцінити можливий резерв випаровування води у приграничному шарі біля пористої поверхні направляючих лопаток осьового компресора та визначити величину зниження температури повітря при стисканні. Наукова новизна отриманих результатів відповідає подальшому розвитку теорії термогазодинамічних процесів теплових двигунів, а запропонований інтегральний критерій ефективності охолодження, як сукупність питомої витрати води та коефіцієнтів теплопровідності і пористості матеріалу, з урахуванням теплофізичних та конструктивних обмежень дозволяє визначити умови ефективного охолодження вологого повітря в направляючих лопатках при багатокритеріальній оптимізації. Практична значимість результатів полягає в використанні бази даних щодо залежностей температурних полів в пористій оболонці як вихідних даних для розробки зразків направляючих лопаток для експериментальних досліджень в різних умовах параметрів вологого повітря і показників пористості.