Введение к работе
Актуальность темы. Интенсификация теплообмена в системах охлаждения двигателей, энергетических установок, в теплообменниках и других теплообменных устройствах позволяет повысить их энергетическую эффективность, улучшить массо-габаритные и другие характеристики.
В газотурбинных двигателях вопросы интенсификации теплообмена особенно важны в наиболее теплонапряженных узлах - камере сгорания и турбине высокого давления, где располагаемый перепад давления охлаждающего воздуха крайне мал. Поэтому здесь возможна реализация лишь малоэнергоемких интенсификаторов теплообмена, требующих для функционирования сравнительно небольших затрат энергии. В последние годы, судя по значительному увеличению количества публикаций, проявляется все больший интерес к таким малоэнергоемким интенсификаторам теплообмена, как сферические углубления. Эти интенсификаторы теплообмена находятся-в ряду наиболее энергетически эффективных.
Несмотря на то, что этот .способ интенсификации теплообмена уже нашел применение в турбинных лопатках, тепловыделяющих элементах ядерных реакторов и т.д., методы решения теплоотдачи разработаны лишь для стандартных граничных условий. Вместе с тем известно, что гидродинамические процессы, происходящие около поверхности со сферическими углублениями, чувствительны к внешним воздействиям, что приводит к изменению уровня интенсификации теплообмена.
В охлаждающих трактах турбинных лопаток и в других тепло-обменных устройствах наряду с различными возмущающими факторами имеет место воздействие продольного градиента давления, обусловленное геометрическими, расходными и тепловыми факторами. В связи с этим исследование его влияния на интенсификацию теплообмена сферическими углублениями является актуальной задачей.
Цель работы состоит в разработке метода расчета интенсификации теплообмена в охлаждаемых деталях двигателей и энергоустановок сферическими углублениями в условиях воздействия продольного градиента давления.
Научная новизна полученных результатов заключается б следующем:
-получены новые экспериментальные данные о влиянии про1 дольного градиента давления на интенсификацию теплообмена сферическими углублениями;
-установлен качественный характер, получены количественные соотношения для оценки влияния продольного положительного и отрицательного градиентов давления на интенсификацию теплообмена в сферическом углублении и на участке последействия;
-разработан инженерный метод расчета средней теплоотдачи для поверхностей со сферическими углублениями в условиях воздействия продольного градиента давления.
Автор защищает: 1.Результаты экспериментального исследования теплоотдачи в сферическом углублении и е следе за ним при положительном продольном градиенте давления в диапазоне изменения dW00/dx * 0...-25 с"1 и. Red = 7-Ю4 ... 3,5-105.
2.Результаты экспериментального исследования теплоотдачи в сферическом углублении и в следе за ним при отрицательном продольном ' градиенте давления' е диапазоне изменения dWoo/ox * 0...70 с~1 и Red - 7,0'Ю4'... 3,5-Ю5.
3.Инженерный метод расчета средней теплоотдачи на поверхностях со сферическими углублениями Е условиях воздействия продольного градиента давления.
Практическая ценность. Созданный на основе полученных опытных данных инженерный метод расчета позволяет рассчитать средние коэффициенты теплоотдачи в охлаждающих трактах турбинных лопаток', жаровых труб камер сгорания ГТД и ГТУ, а также в каналах других теплообменных устройств, имеющих поверхности со сферическими углублениями, с учетом воздействия продольного градиента давления. Они переданы-для использования в КОКЕ "Союз" и АО КПП "Авиамотор" для выполнения сравнительных расчетов систек охлаждения энергетических установок и двигателей, а также использованы в учебном процессе в КГТУ им.А.Н.Туполева.
Достоверность полученных результатов ' обеспечиваете? использованием современных методов физического моделирования; удовлетворительном согласовании данных, полученных в стандартны} условиях, с каноническими уравнениями подобияГ расчетом погрешностей эксперимента.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили одобрение на XX Гагаринских чтениях (г.Москва,МГАТУ,1994г.), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию НИЧ КГТУ им.А.Н.Туполева (г.Казань, КГТУ, 1994г.), на научно-технических семинарах кафедры турбомашин КГТУ им.А.Н.Туполева в 1994-1995 гг., на Всероссийских научно-технических семинарах КВАКЙУ им.М.И.Чистякова в 1994 и 1995 гг., на Первой Российской национальной конференции по теплообмену (г.Москва, МЭИ, 1994г.), на Международной научно-технической конференции в Набережных Челнах в 1995 г.,на Всероссийских Тупо-левских чтениях в КГТУ им.А.Н.Туполева в 1994,1995 гг.
Материалы диссертации частично вошли также в доклад А.В.Щукина и др. "Study and Application of Hemispheric Cavities for Surface Heat Transfer Augmentation".Mech.End.ASME M.95-GT-59, опубликованный и представленный на 40-м конгрессе \ЗШ по газовым турбинам и авиационным двигателям в США (Хьюстон, 5-Зиюня 1995г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит лз введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунков, таблицы. Список использованной литературы зключает наименований.
