Анотація до роботи:

Литвиненко О.О. Удосконалювання систем охолодження лопаток газових турбін на основі застосування рідиннометалевих теплоносіїв. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.16. – Турбомашини та турбоустановки. – Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.

Аналіз сучасного стану проблеми застосування теплових труб показав, що використання теплових труб для охолодження елементів газових турбін обмежено в зв'язку з різноманіттям положень у просторі охолоджуваних елементів і, отже, різним впливом сил гравітації на них. Однак перспективним виявляється використання теплових труб для вирівнювання температурного поля тіл у тих місцях, де граничні умови змінюються досить різко. Прикладом таких высоконапружених елементів є вхідна кромка направляючих і робітників лопаток, область ламінарно - турбулентного переходу. У зв'язку з цим становить інтерес дослідження можливості зниження градієнтів температури уздовж оболонки лопатки за рахунок установки пористої підкладки з рідиннометалевим теплоносієм на внутрішній поверхні лопатки. Таким чином, проблема зводиться до рішення задачі теплового стану багатошарової системи, що складає з оболонки лопатки, що нагрівається, пористого середовища, заповненого рідиннометалевим теплоносієм і внутрішньої охолоджуваної повітрям ізолюючої тонкої стінки.

На відміну від традиційних схем теплових труб у даному випадку пропонується система без паровідводящих каналів, тобто цілком замкнутий пористий резервуар, у якому підтримується двофазний стан теплоносія, а передача теплоти здійснюється взаємно протилежним рухом пару і рідини внаслідок дифузії. Основною проблемою при рішенні даної задачі було моделювання процесів руху і фазового переходу в пористому середовищі, заповненої теплоносієм, а також розробка умов стикування твердого і пористого елементів.

У дисертаційній роботі проведено теоретичні дослідження руху двофазного рідиннометалевого теплоносія усередині пористого елемента при заданих граничних умовах, стосовно до умов роботи газової турбіни. Розроблена математична модель застосування пористого елемента, насиченого рідиннометалевим теплоносієм для підвищення ефективності охолодження та вирівнювання температурного поля в місцях різкої зміни граничних умов. Створена методика розрахунку охолодження лопаток з використанням традиційного конвективного засобу разом з тепловими трубами. Проведена апробація цієї методики на прикладі соплової лопатки першого ступеня газотурбінного двигуна.

Рішення даної проблеми дозволяє проектувати охолоджувані елементи газових турбін на основі застосування пористих вставок з рідиннометалевим теплоносієм для вирівнювання температурного поля оболонки і збільшення ефективності її охолодження.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі створення альтернативних систем охолодження на основі застосування пористих елементів, насичених рідиннометалевим теплоносієм. Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. На основі моделі двофазного теплообміну в пористому середовищі вперше розроблено математична модель процесу кипіння і динаміки рідиннометалевого теплоносія в пористих середовищах, оточених оболонкою, що нерівномірно обігрівається. Рішення цієї проблеми дозволяє проектувати ефективні системи охолоджування теплонапружених деталей газових турбін на основі застосування пористих елементів з рідиннометалевим теплоносієм які вирівнюють температурне поле і збільшують ступень охолодження .

2. Розроблено розрахунковий метод і відповідну програму для ЕОМ з інтегрованим у AutoCAD інтерфейсом, що істотно підвищує можливості проектувальника.

3. Доведено адекватність математичної і фізичної моделі двофазного теплообміну в зіставленні з експериментом.

4. Оцінено вплив різних факторів, що входять у модель двофазного теплообміну на результати розрахунків, а саме пористості, проникності та форми функції Леверетта.

5. Обґрунтовано вибір матеріалу пористого резервуара відповідно до вимог сумісності з робочою рідиною, а також здійснений вибір оптимальних розмірів пористого резервуара.

6. Вирішені модельні задачі, результати яких наявно свідчать про можливість пористих елементів передавати необхідний тепловий потік і вирівнювати температурне поле оболонки лопатки в умовах, які мають місце у газових турбінах.

7. Обґрунтовано застосування пористих вставок з рідиннометалевим теплоносієм на вхідній кромці лопатки та по всьому профілю. Завдяки проведеним конструкційним змінам вдалося одержати рівномірне температурне поле лопатки і забезпечити її необхідне охолодження.

8. Наукові і науково-методичні положення, одержані в дисертації, використовуються в навчальному процесі кафедри турбінобудування НТУ “ХПІ”, втілені в практику інженерних розрахунків ООО „Актуальна механіка”, м. Харків .

Публікації автора:

1. Тарасов А.И., Литвиненко О.А. Оценка возможности применения жидкометаллических теплоносителей для охлаждения лопаток газовых турбин. //Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: сборник научных трудов.- Харьков: ХГПУ – 1999. - Вып.7 - Ч 3. – С. 81-84.

Здобувачем проведена оцінка можливості використання в якості охолоджуючого робочого тіла рідиннометалевого теплоносія наряду з повітряним охолодженням деталей газових турбін.

2. Тарасов А.И., Литвиненко О.А. Методика расчета теплообменного аппарата с термосифонными трубками. // Вестник Национального технического университета «ХПИ»: Сборник научных трудов. - Харьков: НТУ «ХПИ».- 2001. - №7 - C. 217-223.

Здобувачем досліджено процеси кипіння і конденсації в двофазному термосифоні (гравітаційна теплова труба).

3. Тарасов А.И., Литвиненко О.А. Применение пористых сред для выравнивания температурного поля элементов газовых турбин. //Вестник Национального технического университета «ХПИ»: Сборник научных трудов. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2002. - №9. - Т. 12. – С. 175 – 180.

Здобувачем розглянуто вплив зміни теплоносія і граничних умов на загальний характер плину рідини в пористому середовищі і на розподіл функцій температури, тиску і вологовмісту.

4. Тарасов А.И., Литвиненко О.А. Использование элементов с жидкометаллическим теплоносителем в системах охлаждения газовых турбин. //Совершенствование турбоустановок методами математического моделирования: Сб. научн. трудов – Харьков: Ин-т проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины. - 2003. – Т.1. – С. 270-274.

Здобувачем показана можливість використання пористих середовищ з рідиннометалевим теплоносієм в системах охолодження лопаток газових турбін для вирівнювання температурного поля в місцях різкої зміни граничних умов.

5. Тарасов А., Литвиненко O. Evaluation of the possibility of liquid – metal using for gas turbine cooling. // Problemy badawcze energetyki cieplnej: Prace naukowe. Mechanika. – Warszava: Politechnika Warszawska. - 1999. – z. 181. – P.287-293.

Здобувачем виконано вибір робочої рідини, капілярної структури для використання в системах охолодження газових турбін. Виконана оцінка величини максимального теплового потоку, що може передати обрана пориста структура, насичена теплоносієм.

6. Тарасов А., Литвиненко О. Implementation of heat pipes for gas turbine cooling. //Problemy badawcze energetyki cieplnej: Prace naukowe. Mechanika. – Warszava:Politechnika Warszawska. – 2003. - z. 202. – P.283-290.

Здобувачем представлено рішення проблеми теплового стану багатошарової системи в сполученій постановці і приведені результати рішення модельних задач.