دانلود پایان نامه انتخاب سیستم خنک کاری توربینی گاز

اختصاصی از یارا فایل دانلود پایان نامه انتخاب سیستم خنک کاری توربینی گاز دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:111

فهرست مطالب:

خنک کاری توربین به عنوان یک فن آوری کلیدی برای پیشرفت موتورهای توربینی گازی
چالش های خنک کاری برای افزایش مداوم دمای گاز و نسبت فشار کمپرسور
تکنیک  های رایج خنک کاری
خنک کاری
پنالتی خنک کاری
ترکیب خنک کاری با پوشش های محافظ گرمایی
فرآیند توسعه خنک کاری ایرفویل
شرح گرمای اصلی و پارامترهای تشبیهی انتقال جرم
بر هم کنش انتقال جرم – گرما در لایه مرزی ایرفویل
نقش تشابه در رقابت تجربی انتقال جرم و گرمای ایرفویل توربین
خنک کاری نازل توربین
بر هم کنش به وسیله مشعل
انتقال حرارت پره
انحنا
اثرات زبری
اغتشاش
خنک کاری لایه ای پره
انحنای سطح
گرادیان فشار
اغتشاش جریان اصلی
شکافهای خنک کاری لایه
انبارش ( ذخیره ) لایه
اثر پرش هوای خنک کاری لایه بر انتقال حرارت سطحی
انتشارخنک کاری دیواره انتهایی
نیروهای دورانی
اثرات سه بعدی
پروفیل شعاعی دمای گاز
اثرات نا پایداری
تکنیک های خنک کاری داخلی تیغه
فین های سوزنی
تصادم فواره ای

چکیده:

انتخاب سیستم خنک کاری توربینی گاز :

این فصل اساساً توزیع و پخش انتقال جرمی و گرمایی را در کانون توجه قرار می دهده ، از آنجایی که برای خنک کاری اجزای توربو ماشینی به کار می روند ، و خواننده انتظار داد تا با اساس این رشته ها آشنا گردد .
شماری از کتب مفید می تواند در بررسی این اصول توصیه گردد ، همچون :
دینامیک سیالات ، استریتر – تحلیلی از انتقال جرم و حرارت ، اکرت و دراک – اصول انتقال جرم و گرما ، اینکروپا و دویت – کتاب راهنمای انتقال گرما ، هارت نِت و ورُزنا – انتقال جرم و گرمای همرفتی کایز تئوری لایة مرز ( شیلیختینگ و دینامیک و ترمودینامیک ) جریان سیال تراکمی             وقتی مرجعی جامع از اطلاعات در دسترس است ، نویسنده توجه خواننده را به چنین مرجعی جلب    می کند .
با این وجود وقتی که فرضیه ای انتشار می یابد نوسینده در خلاصه کردن آن تلاش می کند .  



فهرست اصلاحات

a : سرعتی صوت
b : بعد خطی  در عدد دورانی
A : سطح مرجع ، سطح حلقوی مسیر گازی
Ag : سطح بیرونی ایرفویل
  : عدد شناوری
BR و M : نرخ وزش
CP : ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت
d : قطر هیدرولیک
e : ارتفاع اغتشاشی گرا
  : عدد اکرت
FP : پارامتر جریان برای هوای خنک کاری
g : شتاب جاذبه
G : پارامتر زیری انتقال گرما
  : عدد گراشوف
h : ضریب انتقال گرما
ht : ضریب انتقال گرمایی افزایش یافته با اغتشاش گرها
  = نرخ شار اندازه حرکت
K : رسانایی گرمایی  
Kf : رسانایی گرمایی سیال
L : طول مرجع
M : نرخ جریان جرمی
MC : نرخ جریانخنک کاری
 : نرخ وزش
  :  عدد ماخ
N ، Rpm : سرعت روتور
  : عدد ناسلت
  : عدد پرانتل
PR : نرخ فشار کمپرسور
PS : فشار استاتیکی
Pt : فشار کل
Ptin : فشار ورودی کل
Q : نرخ انتقال گرما و نرخ انتقال انرژی
  : شارگرمایی
P : فاصله اغتشاش گرها
r : موقعیت شعاعی
R : شعاع متوسط ، شعاع مشعل ، مقاومت و ثابت گاز
Ri : شعاع  موضعی تیغه
RT : شعاع نوک تیغه
Rh : شعاع توپی تیغه
  : عدد رینولدز بر اساس قطر هیدرولیک

  : عدد رینوادز بر اساس L
  : عدد دورانی
S : فاصله عمودی سطح
St : عدد استانتون
t : زمان
Tc : دمای هوای خنک کننده و همچنین دمای تخلیه کمپرسور
Tf : دمای سطحی لایه
Tg : دمای گاز
Tgin : دمای گاز ورودی
Tm : دمای فلز ، همچنین دما ی لایه ترکیب
Tref : دمای استاتیک محلی
Tu : شدت اغتشاش
  : نوسان سرعت محوری محلی
Uin  : سرعت گاز ورودی
U,V,W : جریان اصلی یا مؤلفه های سرعت جریان خنک کاری در جهات X ، Y ، Z
W : عرض
 : زاویه شیب فواره لایه ای
 : زاویه بین فواره  لایه و بردارهای جریان اصلی
r : نسبت گرمایی ویژه
 : ضریب حجمی انبساط گرمایی و زبری سطح
h : پخشندگی گردابی گرما
m : پخشندگی گردابی اندازه حرکت
 : تأثیر انتقال گرما
 : بازده گرمایی
 : گرانروی مطلق گاز
 : دانسیته
6 : محدوده تنش گسیختگی ( شکست )
 : فرکانس دورانی



فهرست پارامترها
aw : دیواره آدیاباتیک
b : بالک
C : حنک کن
d : بر اساس قطر لبه حمله ( سیلندر )
f : لایه
hc : ردیف پره داغ
O : کلی
tur : توربینی
W : دیواره
  : وضعیت جریان اصلی ( جریان آزاد )  


خنک کاری توربین به عنوان یک فن آوری کلیدی برای پیشرفت موتورهای توربینی گازی
عملکرد یک موتور توربینی گازی شدیداً تحت تأثیر دمای ورودی توربینی است و افزایش عملکرد می تواند با ماکزیمم دمای ورودی مجاز توربین حاصل شود . از نقطه توقف ( معیار ) عملکرد، احتراق استوکیومتر یک با دمای ورود توربینی حوالی 2000 درجه سانتی گراد ( 3650 درجه فارنهایت ) ، یک ترمودینامیک ایده آل خواهد بود، چون کاری صرف تراکم هوای مورد نیاز محصولات رقیق تراکم نمی شود . بنا بر این رویه کنونی صنعت ، دمای ورودی توربینی را به دمای سوخت  استوکیومنز یک نزدیکتر می سازد ، به ویژه  برای موتورهای نظامی با این وجود دمای  مجاز قطعه فلزی برای اغلب آلیاژهای پیشرفته  و فرآیند های صنعتی نمی تواند فراتر از محدوده 980-930 درجه سانتی گراد     (1800-1700 درجه فارنهایت ) برود .
برای عملکرد مناسب در دماهای گازی بالاتر از این محدوده دمایی ، به سیستم خنک کاری با بازده بالا لازم است .
آوانس در خنک کاری روش مهمی برای رسیدن به دماهای بالاتر در ورودی توربینی و در حقیقت سوق دادن به عملکردی بهبود یافته و بهتر کردن توربین است . انتقال گرما بدین نحو عامل طراحی بسیار مهمی برای تمامی بخشهای یک توربین گازی مدرن به ویژه احتراق کننده ( مشعل ) و بخشهای توربینی می باشد . در شرح طراحی خنک کاری بخش داغ یادآوری این نکته لازم است که طراح توربین به طور مداوم تحت فشار مالی و حد دوام  دیگر ملزومات  مختلف مربوط به چیدمان داخلی اجزا می باشد . همه اینها به شدت مجموعه ای از طراحی سیستم خنک کاری را تحت تأثیر قرار        می دهند .

چالش های خنک کاری برای افزایش مداوم دمای گاز و نسبت فشار کمپرسور .
ارتقاء در موتورهای مدرن توربین گازی با بازده و توان ویژه بالا به مدد افزایش درجه حرارت کارکرد و در مجموع نسبت فشار کمپرسور سنجیده می شود .  اغلب موتورهای باسیکل ساده معمول با نسبت های فشار بالاتر و تطبیق یافته با درجات گازی بالاتر می توانند به توان بالاتری برای همان اندازه و وزن و کلاً به راندمان بهتری از سوخت موتور برسند .
موتورها دارای کواپراتور( بهبود دهنده )منفعتی ترمودینامیکی از نسبت فشار بالای کمپرسور نمی برند.
آلیاژهای پیشرفته برای ایرفویل های توربین می توانند به صورت ایمن در داماهای فلزی زیر 980 درجه سانتی گراد ( 1800 درجه فارنهایت ) کار کنند و آلیاژهای مربوط به دیسک ها در دمای 700 درجه سانتی گراد ( 1300 درجه فارنهایت ) کار می کنند  .
اما توربین های گازی مدرن در دماهای ورودی  کار می کنند که کاملاً بالای این حدود باشند . همچنین تفاوت  زیادی در دمای کارکرد توربین های پیشرفته هوایی و توربین های صنعتی می باشد ، که نتیجه تفاوت های بنیادی در عمر مورد نیاز ، وزن و کیفیت      سوخت / هوا       می باشد .
برای موتورهای هوایی پیشرفته دماهای ورودی نوسانی ( TRIT ) نزدیک به 1650 درجه سانتی گراد ( 3000 درجه فارنهایت ) و نسبتهای فشار کمپرسور حدود 40:1 یک واقعیت می باشند .
یک توان ویژه بالا که در ابتدا برای این نوع موتور قابل رویت می باشد معمولاً در یک راندمان بالا بدست می آید .
چنین وضعیتهای سخت عملکردی به طور ذاتی بازدیدهای متناوب و سنجش موتور را به طور مداوم نیاز دارند . برای موتورهای  صنعتی مهم ترین نیاز ، طولانی بودن دوره حد دوام ، بدون بازدیدهای متناوب و تعمیرات کلی سیستم ها می باشد .
از اجزای اصلی توربینی صنعتی معمولاً انتظار می رود که حداقل 30000 ساعت بین تعمیرات کلی سیستم ها را با پنانسیلی که آن را قابل تعمیر در نظر بگیرد و عمر موتور را به 100000 ساعت افزایش دهد ، کار کنند .
این تشبیهی است به قطعه توربینی هوایی که فقط چند هزار ساعت عمر می کند . این عامل از آنجایی که نیاز معمول فشار تخلیه کمپرسور ، پایین بودن فشار ذخیره سوخت لوله گاز می باشد ، منجر به یک دمای متوسط ورودی توربینی با نوسان بالا می باشد .
محدوده TRIT برای یک توربین گازی صنعتی  مدرن در دامنه 1370-1260 درجه سانتی گراد          ( 2500-2300 در جه فارنهایت )  بنیان شده است  .
شکل (1) سر گذشت افزایش مداوم TRIT و نسبتهای فشار کمپرسور را توضیح می دهد . این روند افزایش دما در عملکرد درجه حرارت های گازی نتیجه می شود  و به طور چشمگیری از محدودیت های موتور نیاز دارد . خصوصاً اینکه افزایش محیط زیست را در معرض درجه حرارت بالا قرار         می دهد . در ارتباط با هوای خنک ناشی از تخلیه کمپرسور و در برخی موارد بخش های میانی کمپرسور ، روش قدیمی برای خنک کاری اجزای توربینی می باشد .
بعد از انجام خنک کاری ، این هوا به سمت جریان اصلی تخلیه می شود . هوای خنک کاری تخلیه شده  در هر مرحله خنک کاری خاص ، قبل از اینکه به سرعت جریان اصلی شتاب داده شود ، عملاً نمی تواند کاری در این مرحله انجام دهد ، که تلفات زیادی را در عملکرد منجر می شود .




به طور خلاصه مزایای سیستم خنک کاری هوای باز شامل یک خنک کاری موثر  با نسبت کم         می شود ، تلفات زیاد کار مورد نیاز برای خنک کاری  هوای متراکم و تلفات ترکیبی که بازده آیرودینامیکی توربین را کاهش می دهد .
مزیت اصلی سیستم خنک کاری هوای باز این است که به طور معمول به خاطر سادگی اش برای توربین های گازی با سیستم خنک کاری سیکل بسته مقایسه شده است .
با نسبت های فشار هوای متراکم برای موتورهای هوایی مدرن فراتراز 30:1 می رود و به 40:1 می رسد. دمای هوای تخلیه کمپرسور نزدیک به 650 درجه سانتی گراد (( 1200 درجه  سانتی گراد )) می شود .
تفاوت چشمگیری را در هوای استفاده شده برای خنک کاری دیسک های توربینی ، استاتورها و حوالی آخرین طبقات روتور کمپرسور بوجود می آورد .
به حساب اینکه توانایی ماده برای این اجزا به حدود 700 درجه سانتی گراد ( 1300 درجه فارنهایت ) محدود شده باشد .
کاربرد هوا با دمای پایین تر از طبقات میانی کمپرسور می تواند  سودآور باشد به شرطی  این هوا اختلاف فشار کافی یی با فشار خارجی قطعه خنک کاری شده داشته باشد . در برخی موارد دمای هوای  تخلیه می تواند در مبدل حرارتی خروجی کاهش یابد ، به طور مثال بکارگیری مدار خنک کاری یک میان بر هوا با درجه حرارت کم در موتورهای هوایی یا آبی سیکل ترکیبی توربین های صنعتی می باشد .
یک سیستم خنک کاری بسته که در آن خنک کن به طور مداوم در یک حلقه بسته می چرخد به کارگیری سیستم های  سیکل بسته دارای خنک کن های فلز مایع به جهت وسعت کاربرد شان شناخته شده اند .
یک سیستم خنک کاری سیکل بسته بخار که طی دهه های گذشته آزمایش شده است به خاطر کار سنگین  توربین های گازی صنعتی دوباره مشهور شده است . به خصوص نسل ماشین های تولید توان سیکل ترکیبی .
پیشرفت های فن آوری خنک کاری شیوه مهمی همراه با پیشرفت مواد دارای درجه حرارت بالا       می باشند که رسیدن به دماهای ورودی بالاتر توربین  را میسر می سازد .