Результаты экспериментального исследования локальных характеристик теплоотдачи в оребренных каналах конвективных систем охлаждения ГТУ большой мощности

Abstract

This article illustrates the design of modern cooling systems for heavy-duty gas turbines hot path parts. The authors show blade and vanes cooling require serpentine internal cooling channels, and that heat transfer enhancement employ periodic ribs at the walls. Transient liquid crystal (TLC) method is one of the advanced modern approaches for heat transfer measurements of gas turbine cooling features. The authors describe the test rig and post-processing. They summarize the results of heat transfer and pressure tests for ribbed cooling channels for Reynolds number in the range of Re = 100,000...180,000, which fits the level of parameters of modern power gas turbines. Heat transfer data is based on the local distribution of heat transfer coefficient for midrib surfaces. That allows defining the optimal ribs configuration and more reliable thermal state calculation of turbine blade.In addition, the authors highlight the results of numerical modeling of flow and heat transfer in ribbed channel, considering the flow features.

Приведено описание конструкций современных систем охлаждения деталей горячего тракта энергетических газотурбинных установок (ГТУ) большой и средней мощности. Показано, что петлевые каналы находят широкое применение для охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбин и что для интенсификации теплоотдачи на стенке канала используются периодически расположенные ребра. Одним из современных подходов для определения характеристик теплообмена в элементах систем охлаждения деталей горячего тракта турбин является нестационарный метод при использовании термохромных жидких кристаллов (ТЖК). В данной работе описан экспериментальный стенд и методика обработки. Представлены результаты исследования теплогидравлических характеристик оребренных каналов системы охлаждения в диапазоне чисел Рейнольдса Re = 100 000-180 000, который соответствует современным мощным и перспективным энергетическим ГТУ. Обобщенные материалы исследования базируются на локальных значениях коэффициента теплоотдачи для межреберных участков поверхности теплообмена канала лопатки, что позволяет выбирать оптимальный вариант оребрения и повысить достоверность расчета температурного поля лопаток турбины. Также показаны результаты численного моделирования течения и теплоотдачи в канале. Рассмотрены особенности структуры течения.