Astudio ar fecanwaith dylanwad cotio rhwystr thermol ar effaith oeri llafnau tyrbin o fath penodol o dyrbin nwy
Er mwyn cael effaith inswleiddio thermol a chyfraith dosbarthu tymheredd cotio rhwystr thermol ar lafnau tyrbin, defnyddiwyd math penodol o lafn symud tyrbin pwysedd uchel tyrbin nwy gyda strwythur oeri mewnol fel y model sylfaenol. Cyfrifwyd effaith oeri llafn symud tyrbin pwysedd uchel gyda neu heb amddiffyniad cotio rhwystr thermol yn rhifiadol trwy ddull cyplu gwres nwy, ac astudiwyd dylanwad cotio rhwystr thermol ar drosglwyddo gwres llafn trwy newid trwch cotio rhwystr thermol. Canfu'r astudiaeth, ar ôl cotio â gorchudd rhwystr thermol, bod tymheredd y llafn wedi gostwng yn sylweddol, yr agosach at yr ymyl arweiniol, y mwyaf yw'r tymheredd yn gostwng, ac roedd y gostyngiad tymheredd ar yr ochr bwysedd yn fwy na'r hyn ar yr ochr sugno; Gall y gorchudd rhwystr thermol gyda thrwch o 0. 05-0. 2 mm leihau tymheredd cyfartalog arwyneb metel y llafn yn ôl gradd 21-49; Wrth i'r trwch cotio gynyddu, bydd y dosbarthiad tymheredd y tu mewn i'r metel llafn yn dod yn fwy unffurf.
Wrth ddatblygu tyrbinau nwy, er mwyn gwella pŵer ac effeithlonrwydd thermol yr injan, mae tymheredd mewnfa'r tyrbin hefyd yn cynyddu. Mae'r llafnau tyrbin yn destun effaith nwy tymheredd uchel. Pan fydd tymheredd mewnfa'r tyrbin yn parhau i gynyddu, ni all oeri aer ar ei ben ei hun fodloni'r gofynion mwyach. Mae haenau rhwystr thermol, fel ffordd effeithiol o wella ymwrthedd tymheredd uchel ac ymwrthedd cyrydiad deunyddiau, wedi cael eu defnyddio fwyfwy.
Yn gyffredinol, mae haenau rhwystr thermol yn cael eu cadw at wyneb y llafn gan chwistrellu fflam plasma neu ddyddodiad trawst electron. Mae ganddyn nhw nodweddion pwynt toddi uchel ac ymwrthedd i sioc thermol, a all wella gallu llafnau tyrbin i wrthsefyll ocsidiad a chorydiad thermol, lleihau tymheredd y llafn, ac ymestyn oes gwasanaeth llafnau. Alizadeh et al. astudio effaith inswleiddio thermol {{{0}}. 2 mm o haenau rhwystr thermol trwy efelychiad rhifiadol cyplu gwres nwy. Dangosodd y canlyniadau fod tymheredd uchaf y llafn wedi'i ostwng 19 K a gostyngwyd y tymheredd cyfartalog 34 K. Prapamonthon et al. astudio effaith dwyster cynnwrf ar effeithlonrwydd oeri llafnau cotio rhwystr thermol. Dangosodd y canlyniadau y gall haenau rhwystr thermol gynyddu effeithlonrwydd oeri cynhwysfawr wyneb y llafn 16% i 20% ac 8% ar ymyl llusgo'r llafn. Zhu Jian et al. sefydlu model sefydlog un dimensiwn ar gyfer llafnau wedi'u gorchuddio o safbwynt thermodynamig, a dadansoddwyd yn ddamcaniaethol a chyfrifo effaith inswleiddio thermol haenau rhwystr thermol. Shi Li et al. cynhaliodd astudiaeth rifiadol ar C3x gyda haenau rhwystr thermol. Gall haen gerameg 0.3 mm leihau tymheredd wyneb y llafn 72.6 K a chynyddu'r effeithlonrwydd oeri cynhwysfawr 6.5%. Nid yw'r cotio rhwystr thermol yn cael unrhyw effaith ar ddosbarthiad effeithlonrwydd oeri wyneb y llafn. Zhou Hongru et al. cynhaliodd astudiaeth rifiadol ar ymyl arweiniol llafnau tyrbin gyda haenau rhwystr thermol. Dangosodd y canlyniadau y gall haenau rhwystr thermol nid yn unig leihau tymheredd gweithredu llafnau metel a'r graddiant tymheredd yn y llafnau, ond hefyd yn gwrthsefyll sioc thermol mannau poeth mewnfa i raddau. Yang Xiaoguang et al. cyfrifodd ddosbarthiad maes tymheredd dau ddimensiwn a straen fanes canllaw gyda haenau rhwystr thermol trwy roi cyfernodau trosglwyddo gwres arwynebau mewnol ac allanol y llafnau. Wang Liping et al. cynhaliodd ddadansoddiad cyplu nwy-thermol tri dimensiwn ar fanes canllaw tyrbinau gyda strwythurau oeri cyfansawdd ac astudio effeithiau trwch cotio ac ymbelydredd nwy ar y maes tymheredd cotio. Liu Jianhua et al. dadansoddi effaith inswleiddio thermol haenau rhwystr thermol ar gyfer llafnau oeri Mark II gyda haenau rhwystr thermol aml-haen trwy osod y cyfernod trosglwyddo gwres yn fewnol a chyplu nwy-thermol allanol.
Dull cyfrifo
Model Cyfrifiadol
Mae'r cotio rhwystr thermol wedi'i leoli rhwng y nwy tymheredd uchel ac wyneb y swbstrad aloi llafn, ac mae'n cynnwys haen bondio metel a haen seramig inswleiddio thermol. Dangosir ei strwythur sylfaenol yn Ffigur 1. Wrth lunio'r model cyfrifo, anwybyddir yr haen bondio â dargludedd thermol uwch yn y strwythur cotio rhwystr thermol, a dim ond yr haen serameg inswleiddio thermol sydd â dargludedd thermol is sy'n cael ei gadw.
Mae Ffigur 2 yn dangos model y llafn ar ôl cael ei orchuddio â gorchudd rhwystr thermol. Mae'r llafn yn cynnwys strwythur oeri cylchdro aml-sianel, gyda dau dwll oeri ffilm gwacáu ar yr ymyl arweiniol, strwythur hollt ganol ar ymyl y llusgo, a strwythur rhigol siâp H ar ben y llafn. Dim ond ar gorff y llafn ac wyneb plât yr ymyl isaf y mae'r cotio rhwystr thermol yn cael ei chwistrellu. Gan fod y tymheredd islaw gwreiddyn y llafn yn isel ac nid yw'n ganolbwynt i ymchwil, er mwyn lleihau nifer y gridiau cyfrifiadol, anwybyddir y rhan islaw'r gwreiddyn wrth osod y model cyfrifiadol, ac mae'r model parth cyfrifiadol a ddangosir yn Ffigur 3 wedi'i adeiladu.
Dull cyfrifo rhifiadol
Mae geometreg fewnol y llafn oeri tyrbin yn gymharol gymhleth, ac mae'n anodd defnyddio gridiau strwythuredig. Mae'r defnydd o gridiau heb strwythur yn cynyddu faint o gyfrifiad yn sylweddol. Yn hyn o beth, mae'r papur hwn yn defnyddio generadur grid polyhedral i rwyllo'r parth llafn a nwy. Is -adran Rhwyll, dangosir y model rhwyll yn Ffigur 4.
Yn y model cyfrifo, mae trwch y cotio rhwystr thermol yn fach iawn, yn llai nag 1/10 o drwch wal y llafn. Am y rheswm hwn, mae'r papur hwn yn defnyddio generadur rhwyll denau i rannu'r gorchudd rhwystr thermol yn dair haen o rwyllau prismatig polygonaidd. Mae nifer yr haenau rhwyll tenau wedi'u gwirio i fod yn annibynnol, ac nid yw nifer yr haenau rhwyll denau bron yn cael unrhyw effaith ar faes tymheredd y llafn.
Mae'r parth hylif yn mabwysiadu'r model dwy haen K-epsilon y gellir ei wireddu ym model cynnwrf Hafaliadau Navier-Stokes (RANS) Reynoldsaveraged. Mae'r model hwn yn darparu mwy o hyblygrwydd ar gyfer prosesu rhwyll y wal Y+ gyfan. Gall nid yn unig drin rhwyllau mân (hy, math rhif Reynolds isel neu rwyllau Y+ isel) yn dda, ond hefyd yn trin rhwyllau canolradd (h.y., 1 ＜ y+ ＜ 30) yn y ffordd fwyaf cywir, a all gydbwyso sefydlogrwydd, cost gyfrifiadol a chywirdeb yn effeithiol.
Amodau ffiniau
Mae'r gilfach nwy wedi'i gosod fel cilfach marweidd -dra pwysau cyfanswm, mae'r gilfach aer oeri yn gilfach llif màs, ac mae'r allfa wedi'i gosod fel allfa pwysau statig. Mae'r arwyneb cotio yn y sianel nwy wedi'i osod fel arwyneb cyplu hylif-solid, mae'r cotio ac arwyneb metel y llafn wedi'u gosod fel rhyngwyneb solet, ac mae dwy ochr y sianel wedi'u gosod fel cyfnod cylchdroi. Mae'r nwy oer a'r nwy yn nwyon delfrydol, ac mae'r gallu gwres nwy a dargludedd thermol yn cael eu gosod gan ddefnyddio fformiwla Sutherland. Yr amodau ffin cyfrifo cyfatebol yw: Mae cyfanswm gwasgedd y gilfach brif ffrwd yn y sianel nwy yn 2.5 MPa, dangosir dosbarthiad tymheredd y fewnfa gyda graddiant tymheredd rheiddiol yn Ffigur 5, cyfradd llif mewnfa nwy oer y sianel oer yn y llafn yw 45 g/s, cyfanswm y tymheredd yw 54 {{6} gradd yw graddau yw. Mae'r deunydd llafn yn aloi tymheredd uchel grisial sengl wedi'i seilio ar nicel, ac mae dargludedd thermol y deunydd yn newid gyda'r tymheredd. Cyn belled ag y mae deunyddiau presennol yn y cwestiwn, yn gyffredinol mae haenau rhwystr thermol yn defnyddio deunyddiau sefydlog Yttria zirconium ocsid (YSZ) neu zirconium ocsid (ZRO2), y mae eu dargludedd thermol yn newid fawr ddim â thymheredd, felly mae'r dargludedd thermol wedi'i osod i 1.03 w/(m · k) yn y cyfrifiad.
2 Dadansoddiad o ganlyniadau cyfrifo
2.1 Tymheredd Arwyneb y Llafn
Mae ffigurau 6 a 7 yn dangos dosbarthiad tymheredd arwyneb y llafn heb ei orchuddio a dosbarthiad tymheredd wyneb metel y llafn ar wahanol drwch cotio, yn y drefn honno. Gellir gweld, wrth i'r trwch cotio barhau i gynyddu, bod tymheredd wyneb metel y llafn yn gostwng yn raddol, ac mae deddf dosbarthu tymheredd wyneb metel y llafn ar wahanol drwch yr un peth yn y bôn, mae'r tymheredd yng nghanol yr wyneb gwasgedd yn is, ac mae'r tymheredd ar ben y llafn yn uwch. Tomen y llafn fel arfer yw'r rhan anoddaf o'r llafn gyfan i oeri, ac mae'n anodd oeri asennau rhigol wrth domen y llafn yn uniongyrchol gan aer oer. Yn y model cyfrifo, mae'r cotio yn gorchuddio wyneb corff y llafn yn unig, ac nid yw blaen y llafn wedi'i orchuddio â gorchudd. Nid oes unrhyw effaith rhwystr ar y gwres o ochr nwy blaen y llafn, felly mae'r ardal tymheredd uchel wrth domen y llafn bob amser yn bodoli.
Mae Ffigur 8 yn dangos cromlin tymheredd cyfartalog arwyneb metel y llafn yn newid gyda thrwch. Gellir gweld bod tymheredd cyfartalog wyneb metel y llafn yn gostwng gyda'r cynnydd o drwch cotio. Mae hyn oherwydd bod dargludedd thermol y cotio rhwystr thermol yn isel, sy'n cynyddu'r gwrthiant thermol rhwng y nwy tymheredd uchel a'r llafn fetel, gan leihau tymheredd wyneb metel y llafn i bob pwrpas. Pan fydd y trwch cotio yn 0. 0 5 mm, mae tymheredd cyfartalog corff y llafn yn gostwng 21 gradd, ac yna wrth i drwch y cotio rhwystr thermol gynyddu, mae tymheredd wyneb y llafn yn parhau i ostwng; Pan fydd trwch y cotio yn 0.20 mm, mae tymheredd cyfartalog corff y llafn yn gostwng 49 gradd. Mae hyn yn y bôn yn gyson â'r effaith inswleiddio thermol a fesurir gan Zhang Zhiqiang et al. trwy'r prawf effaith oer.
Mae Ffigur 9 yn gromlin sy'n dangos newid tymheredd arwyneb adran y llafn ar hyd hyd y cord echelinol. Fel y gwelir yn Ffigur 9, o dan wahanol drwch o haenau rhwystr thermol, mae'r duedd newid tymheredd ar hyd hyd y cord echelinol yr un peth yn y bôn, ac mae tymheredd yr arwyneb sugno yn sylweddol uwch na thymheredd yr arwyneb gwasgedd. I gyfeiriad hyd y cord echelinol, mae tymheredd yr arwyneb gwasgedd ac arwyneb y sugno yn gostwng yn gyntaf ac yna'n cynyddu, ac mae amrywiad penodol yn ardal yr ymyl llusgo, sy'n cael ei achosi gan ffurf strwythurol yr oeri chwistrell hollt-hollt yng nghanol y ymyl llusgo. Ar yr un pryd, mae tymheredd y llafn wedi'i orchuddio â'r cotio rhwystr thermol yn gostwng yn sylweddol, ac mae'r gostyngiad tymheredd ar wyneb y sugno yn sylweddol fwy na'r un ar yr wyneb gwasgedd. Mae'r gostyngiad tymheredd yn gostwng yn raddol o'r ymyl arweiniol i'r ymyl llusgo, ac yn agosach at ymyl arweiniol y llafn, y mwyaf yw'r tymheredd yn gostwng.
Mae unffurfiaeth tymheredd metel y llafn yn effeithio ar lefel straen thermol y llafn, felly mae'r papur hwn yn defnyddio'r mynegai unffurfiaeth tymheredd i fesur unffurfiaeth tymheredd y llafn solet. Mynegai Unffurfiaeth Tymheredd:
Ble: C yw cyfaint pob uned, T- yw cyfartaledd cyfaint tymheredd T, TC yw'r gwerth tymheredd yn yr uned grid, a VC yw cyfaint yr uned grid. Os yw'r maes tymheredd cyfaint wedi'i ddosbarthu'n unffurf, y mynegai unffurfiaeth cyfaint yw 1. Fel y gwelir o Ffigur 1 0, ar ôl chwistrellu'r cotio rhwystr thermol, mae unffurfiaeth tymheredd y llafn yn cael ei wella'n sylweddol. Pan fydd trwch y cotio yn 0. 2 mm, mae mynegai unffurfiaeth tymheredd y llafn yn cael ei gynyddu 0.4%.
2.2 Tymheredd Arwyneb Gorchuddio
Dangosir newid tymheredd yr arwyneb cotio yn Ffigur 11. Fel y gwelir yn Ffigur 11, wrth i drwch cotio gynyddu, mae tymheredd wyneb y cotio rhwystr thermol yn parhau i gynyddu, sy'n union i'r gwrthwyneb i duedd newid tymheredd cyfartalog wyneb y llafn. Wrth i'r gwrthiant thermol gynyddu yn y cyfeiriad trwch cotio, mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng wyneb y cotio ac arwyneb y llafn yn cynyddu'n raddol, ac mae'n anoddach tryledu'r gwres cronedig ar yr wyneb i'r llafn fetel. Pan fydd trwch y cotio yn 0. 20 mm, mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng y tu mewn a'r tu allan i'r cotio yn cyrraedd gradd 86.
2.3 Tymheredd Trawsdoriad Llafn
Mae Ffigur 12 yn dangos dosbarthiad tymheredd ymylon llafnau blaenllaw a llusgo gyda a heb haenau rhwystr thermol. Ar ôl i'r wyneb gael ei orchuddio â haenau rhwystr thermol, mae tymheredd trawsdoriadol y llafn yn cael ei leihau'n sylweddol, ac mae'r graddiant tymheredd yn cael ei leddfu. Mae hyn oherwydd ar ôl i'r cotio rhwystr thermol gael ei gymhwyso, mae'r dwysedd fflwcs gwres yn y cotio yn cael ei leihau. Ar yr un pryd, gan fod gan y deunydd cotio rhwystr thermol ddargludedd thermol isel, mae'r tymheredd yn newid y tu mewn i'r solid cotio rhwystr thermol yn ddifrifol iawn.
Cysylltwch â ni
Diolch am eich diddordeb yn ein cwmni! Fel cwmni gweithgynhyrchu rhannau tyrbinau nwy proffesiynol, byddwn yn parhau i fod yn ymrwymedig i arloesi technolegol a gwella gwasanaeth, i ddarparu mwy o atebion o ansawdd uchel i gwsmeriaid ledled y byd. Os oes gennych unrhyw gwestiynau, awgrymiadau neu fwriadau cydweithredu, rydym yn fwy na pharod i'ch helpu chi. Cysylltwch â ni yn y ffyrdd canlynol:
Whatsapp: +86 135 4409 5201
E-mail:peter@turbineblade.net
