پایان نامه انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

مقدمه

اين فصل عمدتاً روي موضوعات انتقال جرم و حرارت تمركز مي يابد چون آنها براي خنك سازي اجزا ي 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.

فهرست اسامی نمادها

a- سرعت صورت

b- بعد خطي در عدد دوراني

• منطقه مرجع, منطقه حلقوي مسير گاز

A_g – سطح خارجي ایرفویل

– عدد شناوري

BR,M- نرخ وزش

C_P– حرارت ويژه در فشار ثابت

d-قطر هيدروليكی

e- ارتفاع آشفته ساز

-عدد اكرت

g- شتاب جاذبه زمین

FP= پارامتر جريان براي هواي خنك سازي

G= پارامتر ناهمواري انتقال حرارت

Gr=  – عدد گراشوف

h- ضريب انتقال حرارت

h_t– ضريب انتقال حرارت افزايش يافته با آشفته سازها

– نسبت شار اندازه حركت

k- رسانايي حرارتي

-رسانايي حرارتي سيال

L-طول مرجع

m-نرخ جريان جرم

m_c– نرخ جريان خنك سازي

M= – نرخ دمش

Ma= V/a- عدد ماخ

rpm وN- سرعت روتور

NUL= hL/k_f– عدد نوسلت

Pr=  -عدد پرانتل

PR= نسبت فشار كمپرسور

Ps=فشار استاتيك

P_t= فشار كل

P_tin-فشار كل ورودي

Q- نرخ انتقال حرارت- نرخ انتقال انرژي

– شار حرارتي

p- شيب بام آشفته ساز

r- وضعيت شعاعي

R- شعاع ميانگين, شعاع محفظه احتراق (كمباستر), مقاومت, ثابت گاز

R_i-شعاع موضعي تیغه

R_T– شعاع نوك تیغه

R_h=شعاع توپي يا مرکز تیغه

Red=  – عدد رينولدز براساس قطر هيدروليکی d

ReL= – عدد رينولدز براساس L

Ro= b/U – عدد دوراني

Ros= 1/Ro- عدد Rossby

s-فاصله سطح نرمال شده

St- عدد استانتون

t- زمان

T_c– دماي هواي خنك سازي و نيز دماي تخليه كمپرسور

Tf- دماي فيلم سطح

T_g– دماي گاز

T_gin– دماي گاز ورودي

T_m– دماي فلز و نيز دماي لايه مخلوط سازي

T_ref– دماي مرجع

T_st– دماي استاتيك موضعي

Tu- شدت جريان آشفتگي

– نوسان سرعت محوري محلي

u_in– سرعت گاز  ورودي

U,V,W- مولفه هاي سرعت جريان خنك سازي يا جريان اصلي در جهات  z, y, x

w- پهنا

– زوايه شيب جت فيلم

– زاويه بين فيلم جت و محورهاي جريان اصلي

– نسبت حرارتي ويژه

– ضريت حجمي انبساط حرارتي, همواري سطح

– قابليت انتشار حرارتي گردابي

– قابليت انتشار اندازه حركت گردابي

– تاثير انتقال حرارت

– تاثير خنك سازي

– بارزه حرارتي

– ويسكوزيته مطلق گاز

– چگالي

– حد تنش گسيختگي

– فركانس دوراني

زير نويس ها

aw- ديوار آدياباتيك                     d- براساس قطر لبه هدايت كننده (سيلندر)

b- جسم                                   o-كل

C- خنك كننده                          w-ديوار

– ویژگی جريان اصلي(جریان آزاد)tur-توربين

f- فيلم                                    hc- آبشار داغ

خنك سازي توربين بعنوان يك تكنولوژي كليدي براي بهینه سازی موتورهاي توربين گازي

عملكرد يك موتور توربين گازي تا حد زيادي تحت تاثير دماي ورودي توربين مي باشد و افزايش عملكرد قابل توجهی را مي توان با حداكثر دماي ورودي مجاز توربين بدست آورد. از 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 استوکیومتری سوخت  بخصوص براي موتورهاي نظامي, نزديكتر مي كند. با اين وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمي تواند از تخطی كند. براي كاركردن در دماهاي بالاي اين حد, يك سيستم موثر خنك سازي اجزا مورد نياز است. پيشرفت در خنك سازي, يكي از ابزار اصلي براي رسيدن به دماهاي ورودي توربين بالاتر مي‌باشد و اين امر به اصلاح عملكرد و بهبود عمر توربين منتهي مي شود. انتقال حرارت يك عامل مهم طراحي براي همه بخش هاي يك توربين گاز پيشرفته بخصوص در بخش هاي توربين و محفظه احتراق مي باشد. در بحث وضعيت 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 پيوسته در حال افزايش گاز و نسبت فشار كمپرسور

پيشرفت در موتورهاي توربين گاز داراي توان ويژه بالا و بازده بالاي پيشرفته نوعاً با افزايش در دماي عملكرد و نسبت فشار كل كمپرسور ارزيابي مي شود. رايجترين موتورهاي تك چرخه اي با نسبت‌هاي فشار بالاتر و دماهاي گاز بالاتر 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 ایرفویل های 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 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 سوخت به هوا و محدوديت هاي مربوط به بیرون دهی هامي باشد.

پایان نامه انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی