Особенности теплообменных процессов при пуске судового газотурбинного двигателя

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.

1. Иноземцев А.А. Газотурбинные двигатели / А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. — Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. — 1204 с.

2. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении / И.Л. Повх. — Л.: Машиностроение, 1974. — 479 с.

3. 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.

4. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур / Н.А. Ярышев. — Л.: Энергия, 1990. — 256 с.

5. 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.

6. 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.

7. Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока / А.Н. Петунин. — М.: Машиностроение, 1974. — 260 с.

8. Володин Ю.Г. Об определении погрешностей в нестационарном теплофизическом эксперименте / Ю.Г. Володин. — Казань, 1986. — 7 с.

9. Володин Ю.Г. Математическое моделирование пусковых режимов энергетических установок / Ю.Г. Володин, О.П. Марфина. — СПб.: Инфо-да, 2007. — 128 с.

10. Михеев М.А. Основы теплопередачи: учебник / М.А. Михеев. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956. — 392 с.

11. 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.