rmrsНаучно-технический сборник Российского морского регистра судоходстваResearch Bulletin by Russian Maritime Register of Shipping2223-7097Российский морской регистр судоходстваrmrs-102Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИMECHANICAL INSTALLATIONS AND PROPULSIONОсобенности теплообменных процессов при пуске судового газотурбинного двигателяFeatures of heat exchange processes when starting a ship turbine engineВолодинЮ. Г.VolodinYu. G.

канд. техн. наук, доцент

420108 Республика Татарстан, Казань, Портовая ул., 19

PhD, Associate Professor

420108 Republic of Tatarstan, Kazan, Portovaya ul., 19

yu.g.volodin@mail.ruМарфинаО. П.MarfinaO. P.

канд. техн. наук, доцент

420043 Республика Татарстан, Казань, Зеленая ул., 1

PhD, Associate Professor

420043 Republic of Tatarstan, Kazan, Zelenaya ul., 1

o_marfina@mail.ruМатвеевЮ. И.MatveyevYu. I.

д-р техн. наук, профессор

603950 Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

DSc, Professor

603950 Nizhny Novgorod, Nesterova, 5

kaf_eseu@vsuwt.ruГречкоН. В.GrechkoN. V.

канд. техн. наук

420108 Республика Татарстан, Казань, Портовая ул., 19

PhD

420108 Republic of Tatarstan, Kazan, Portovaya ul., 19

nvg.vguvt@yandex.ruКолывановВ. В.KolyvanovV. V.

канд. техн. наук, доцент

603003 Нижний Новгород, ул. Свободы, 15, офис 400

603950 Nizhny Novgorod, ul. Svobody, 15, room 400

kolyvanov.vv@rs-class.orgИнститут морского и речного флота имени Героя Советского Союза М.П. Девятаева — Казанский филиал ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»РоссияInstitute of Maritime and Inland Shipping named after Hero of the Soviet Union M.P. Devyataev — Kazan Branch of the Volga State University of Water TransportRussian FederationФГБОУ ВО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»РоссияKazan State University of Architecture and EngineeringRussian FederationФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»РоссияVolga State University of Water TransportRussian FederationФАУ «Российский морской регистр судоходства»РоссияFAI Russian Maritime Register of ShippingRussian Federation202430012025077105111Copyright © Володин Ю.Г., Марфина О.П., Матвеев Ю.И., Гречко Н.В., Колыванов В.В., 20252025Володин Ю.Г., Марфина О.П., Матвеев Ю.И., Гречко Н.В., Колыванов В.В.Volodin Y.G., Marfina O.P., Matveyev Y.I., Grechko N.V., Kolyvanov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sbornik.rs-class.org/jour/article/view/102

Статья посвящена изучению пускового режима газотурбинного двигателя, относящегося к переходным или нестационарным режимам, в которых за короткий промежуток времени увеличивается температура рабочего тела и, как следствие, в целом изменяется вся ситуация, связанная с теплообменом. В литературных источниках практически отсутствует информация об экспериментальных исследованиях высоко динамичных нестационарных апериодических процессов. Эксперимент выполнен на разомкнутом газодинамическом контуре с электродуговым подогревом протекающего газового потока. В качестве физической модели использована тонкостенная цилиндрическая труба. При выполнении исследований измерялись: расход газового потока, полное давление в потоке, температура газа на входе в канал, температуры стенки по длине экспериментального канала, статические давления и касательные напряжения трения в функции времени и продольной координаты. Все средства измерения аттестованы либо по ним проведены предварительные исследования, определяющие их инерционность. Проведенные экспериментальные исследования при резком увеличении температуры рабочего тела показали, что одновременно формирующиеся эффекты тепловой и гидродинамической нестационарности, воздействуя на поток, ускоряют его. Ускорение потока, обусловленное более резким увеличением температуры рабочего тела с высокими значениями временных производных температуры и скорости потока, приводит к 2 — 3-кратному уменьшению коэффициентов теплоотдачи. Высоко динамичный процесс, при котором формируется температурный напор, определяющий границы возникающего явления ламинаризации турбулентного пограничного слоя, зафиксировано впервые при тепловом потоке, направленном от потока газа к стенке канала.

The article is devoted to the study of the starting mode of a gas turbine engine, which relates to transient or unsteady modes, in which the temperature of the working fluid increases in a short period of time and, as a result, the whole situation associated with heat transfer changes. There is practically no information in the literature about experimental studies of highly dynamic non-stationary aperiodic processes. The experiment was carried out on an open gas-dynamic circuit with electric arc heating of the flowing gas flow. A thin-walled cylindrical pipe was used as a physical model. During the research, the following were measured: gas flow rate, total pressure in the flow, gas temperature at the entrance to the channel, wall temperatures along the length of the experimental channel, static pressures and tangential friction stresses as a function of time and longitudinal coordinates. All measuring instruments have been certified or preliminary studies have been carried out on them to determine their inertia. Experimental studies carried out with a sharp increase in the temperature of the working fluid showed that the simultaneously formed effects of thermal and hydrodynamic unsteadiness, affecting the flow, accelerate it. The acceleration of the flow, caused by a sharper increase in the temperature of the working fluid with high values of the temporary derivatives of temperature and flow velocity, leads to a 2 — 3-fold decrease in heat transfer coefficients. A highly dynamic process in which a temperature pressure is formed, which determines the boundaries of the emerging phenomenon of laminarization of a turbulent boundary layer, was recorded for the first time with a heat flow directed from the gas flow to the channel wall.

пусковой режимгазотурбинный двигательэкспериментнестационарностьтеплоотдачаламинаризацияstarting modegas turbine engineexperimentnonstationarityheat transferlaminarizationReferencesИноземцев А.А. Газотурбинные двигатели / А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. — Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. — 1204 с.Inozemtsev A.A., Sandratskiy V.L. Gazoturbinnye dvigateli [Gas turbine engines]. Perm: OAO «Aviadvigatel», 2006. 1204 p.Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении / И.Л. Повх. — Л.: Машиностроение, 1974. — 479 с.Povkh I.L. Aerodinamicheskii eksperiment v mashinostroenii [Aerodynamic experiment in mechanical engineering]. Leningrad: Mashinostroyeniye, 1974. 479 p.Володин Ю.Г. Исследование тепловой инерционности микротермопар / Ю.Г. Володин, И.Ф. Закиров, К.С. Федоров, М.В. Яковлев // Датчики и системы. — 2007. — № 6. — С. 33 — 35.Volodin Yu.G., Zakirov I.F., Fedorov K.S., Yakovlev M.V. Investigation of microthermocouples’ thermal inertia. Sensors and systems. 2007. No. 6. P. 33 — 35. (In Russ.)Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур / Н.А. Ярышев. — Л.: Энергия, 1990. — 256 с.Yaryshev N.A. Theoretical basis for measuring non-stationary temperatures. Leningrad: Energiya, 1990. 256 p.Володин Ю.Г. Измерение касательных напряжений трения в нестационарном газовом потоке / Ю.Г. Володин, О.П. Марфина, А.Н. Богданов, М.С. Цветкович и др. // Датчики и системы. — 2009. — № 2. — С. 34 — 36.Volodin Yu.G., Marfina O.P., Bogdanov A.N., Tsvetkovich M.S et al. Measuring tangential friction stress in nonstationary gas flow. Sensors and systems. 2009. № 2. P. 34 — 36. (In Russ.)Репик Е.У. Исследование нового метода опытного определения поверхностного трения в турбулентном пограничном слое / Е.У. Репик, Б.К. Кузенков // Инженерно-физический журнал. — 1980. — Т. 38, № 2. — С. 197 — 200.Repik Ye.U., Kuzenkov B.K. Issledovanie novogo metoda opytnogo opredeleniia poverkhnostnogo tre-niia v turbulentnom pogranichnom sloe [Study of a new method for experimental determination of surface friction in a turbulent boundary layer]. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal [Journal of Engineering Physics]. 1980. Vol. 38, No. 2. P. 197 — 200.Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока / А.Н. Петунин. — М.: Машиностроение, 1974. — 260 с.Petunin A.N. Izmerenie parametrov gazovogo potoka [Measuring gas flow parameters]. Moscow: Mashinostroyeniye, 1974. 260 p.Володин Ю.Г. Об определении погрешностей в нестационарном теплофизическом эксперименте / Ю.Г. Володин. — Казань, 1986. — 7 с.Volodin Yu.G. Ob opredelenii pogreshnostei v nestatsionarnom teplofizicheskom eksperimente [On determining errors in a non-stationary thermophysical experiment]. Kazan, 1986. 7 p.Володин Ю.Г. Математическое моделирование пусковых режимов энергетических установок / Ю.Г. Володин, О.П. Марфина. — СПб.: Инфо-да, 2007. — 128 с.Volodin Yu.G., Marfina O.P. Matematicheskoe modelirovanie puskovykh rezhimov energeticheskikh ustanovok [Mathematical modeling of starting modes of power plants]. St. Petersburg: Info-da, 2007. 128 p.Михеев М.А. Основы теплопередачи: учебник / М.А. Михеев. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956. — 392 с.Mikheyev M.A. Osnovy teploperedachi: uchebnik [Heat Transfer Fundamentals: textbook]. Moscow; Leningrad: Gosenergoizdat, 1956. 392 p.Кун К.В. Переход от турбулентного режима к ламинарному для течения в трубе со значительным изменением физических свойств / К.В. Кун, Х.К. Перкинс // Теплопередача. Сер. С. — 1970. — Т. 92, № 3. — С. 198 — 204.Kun K.V., Perkins Kh.K. Perekhod ot turbulentnogo rezhima k laminarnomu dlya techeniya v trube so znachitel'nym izmeneniem fizicheskikh svoistv [Transition from turbulent to lamina

The authors declare that there are no conflicts of interest present.