پایان نامه سیستم خنک سازی توربین ها

انتخاب يك سيستم خنك سازي توربين گازي

Boris Glezer

راه حل هاي توربين بهينه سازي شده, سان ديگو, كاليفرنيا, U.S.A

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

a- سرعت صورت

b- بعد خطي در عدد دوراني

• منطقه مرجع, منطقه حلقوي مسير گاز

A_g – سطح خارجي لايه نازك هوا

– عدد شناوري

BR,M- سرعت وزش

CP- حرارت ويژه در فشار ثابت

d-قطر هيدروليك

e- ارتفاع آشفته ساز

-عدد اكرت

g- شتاب گريز از مركز

FP= پارامتر جريان براي هواي خنك سازي

G= پارامتر ناهمواري انتقال حرارت

Gr=  – عدد گراشوف

h- ضريب انتقال حرارت

ht- ضريب انتقال حرارت افزايش يافته با آشفته سازها

-نسبت شار اندازه حركت

k- رسانايي حرارتي

-رسانايي حرارتي سيال

L-طول مربع

m-سرعت جريان جرم

mc- سرعت جريان خنك سازي

M= – سرعت رمش

Ma= r/a- عدد mach

rpm وN- سرعت پروانه

NUL= hL/kf- عدد Nusselt

Pr=  -عدد pradtl

PR= نسبت فشار كمپرسور

Ps=فشار استاتيك

Pt= فشار كل

Ptin-فشار كل ورودي

Q- سرعت انتقال حرارت-سرعت انتقال انرژي

شار حرارتي

P- شيب بام آشفته ساز

r- وضعيت شعاعي

R- شعاع ميانگين, شعاع احتراق ساز (كمبوستور), مقاومت, ثابت گاز

Ri-شعاع موضعي پره

Rt- شعاع نوكم پره

Rh=شعاع توپي يا سر لوله پره

Rel=  – عدد رينولرز براساس قطر هيدروليك

ReL= – عدد رينولرز براساس L

Ro= wb/v- عدد دوراني

Ros= 1/Ro- عدد Rossby

S-فاصله سطح نرمال شده

St- عدد Stanton

t- زمان

Tc- دماي هواي خنك سازي و نيز دماي تخليه كمپرسور

Tf- دماي فيلم سطح

Tg- دماي گاز

Tgin- دماي گاز ورودي

Tm- دماي فلز, و نيز دماي لايه مخلوط سازي

Tref- دماي مرجع

Tst- دماي استاتيك موضعي

Tu- شدت جريان آشفتگي

– نوسان سرعت محوري محلي

uin- سرعت محوري گاز  ورودي

u,r,w- جريان اصلي يا مولفه هاي سرعت محوري جريان خنك سازي در مسيرهاي  z, y x

w- پهنا

– زوايه شيب جت فيلم

– زاويه بين جت فيلم و محورهاي جريان اصلي

– نسبت حرارتي ويژه

– ضريت جمعي ترسمه يا انبساط حرارتي, همواري سطح

– قابليت انتشار حرارتي گردابي

– قابليت انتشار اندازه حركت گردابي

– تاثير انتقال حرارت

– تاثير خنك سازي

n- بارزه حرارتي

– ويسكوزيته گاز مطلق

P- چگالي

– حد تنش گسيختگي

w- فركانس دوراني

زير نويس ها

aw- ديوار آدياباتيك

C- خنك كننده

d- براساس قطر لبه هدايت كننده (سيلندر)

f- فيلم

hc- آبشار گرم

o-كل

tuv-توربين

w-ديوار

– جريان اصلي

خنك سازي توربين بعنوان يك تكنولوژي كليدي براي توسعه موتورهاي توربين گازي

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

پيشرفت در موتورهاي توربين گاز داراي توان ويژه بالا و بازده بالاي پيشرفته نوعاً با افزايش در دماي عملكرد و كل نسبت فشار كمپرسور ارزيابي مي شود. رايجترين موتورهاي تك چرخه اي با نسبت‌هاي فشار بالاتر و دماهاي گاز افزايش يافته 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 لايه ها نازك 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 در سن 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 هوا/ سوخت و محدوديت هاي مربوط به تابش ها مي باشد.

پایان نامه سیستم خنک سازی توربین ها