Особенности обработки экспериментальных данных при определении коэффициента теплоотдачи в масляной полости опоры ГТД

Abstract

Развитие газотурбинной техники сопровождается ростом температур, давлений и скорости воздушного потока в газовом тракте. Повышение параметров рабочего цикла газотурбинного двигателя усложняет задачи обеспечения допустимого температурного состояния деталей, требует совершенствования методов их расчета и проектирования. В полной мере это касается подшипниковых узлов, особенно работающих в горячей среде, и обуславливает интерес к исследованию термогидравлических процессов в полости опоры, определяющих температурное состояние элементов ротора. Необходимость наддува уплотнений приводит к наличию в масляной полости опоры масловоздушной смеси. Широкий диапазон режимных параметров, неоднородность течения, неравновесность фаз и их сепарация существенно усложняют математическое описание процессов в масляной полости, в том числе и при использовании CFD-моделирования. Поэтому значительное внимание уделяется экспериментальным исследованиям. Результаты экспериментов используются не только для верификации математических моделей, но и для получения обобщающих зависимостей. Наиболее часто в качестве искомой величины выступает коэффициент теплоотдачи в масляной полости опоры. В статье рассмотрены особенности теплообмена в пристенной зоне масляной полости опоры газотурбинного двигателя, связанные с наличием масловоздушного потока. Проанализированы подходы к экспериментальному определению коэффициента теплоотдачи и сформирована соответствующая система измерения локальных температур сред. Оценены значения погрешности определения значений коэффициентов теплоотдачи и степень влияния определяющих факторов. Определен вклад неодномерности температурного поля в стенках полости и неопределенности в значении температуры ядра потока. Показаны преимущества использования осредненного коэффициента теплоотдачи для инженерных расчетов и существенное влияние способа осреднения на его значение. Наиболее точно задачам таких расчетов отвечает осреднение по плотности теплового потока, при котором не меняется общий тепловой поток через стенки полости.

Розвиток газотурбінної техніки супроводжується зростанням температур, тисків та швидкості повітряного потоку в газовому тракті. Підвищення параметрів робочого циклу газотурбінного двигуна ускладнює завдання забезпечення допустимого температурного стану деталей, що вимагає вдосконалення методів їх розрахунку та проектування. Повною мірою це стосується підшипникових вузлів, що особливо працюють у гарячому середовищі, та зумовлює інтерес до дослідження термогідравлічних процесів у порожнині опори, що визначають температурний стан елементів ротора. Необхідність наддуву ущільнень призводить до наявності в масляній порожнині опори маслоповітряної суміші. Широкий діапазон режимних параметрів, неоднорідність течії, нерівноважність фаз та їх сепарація суттєво ускладнюють математичний опис процесів масляної порожнини, в тому числі і при використанні CFD-моделювання. Тому значна увага приділяється експериментальним дослідженням. Результати експериментів використовуються як для верифікації математичних моделей, але й отримання узагальнюючих залежностей. Найчастіше як шуканої величини виступає коефіцієнт тепловіддачі масляної порожнини опори. У статті розглянуто особливості теплообміну в пристінній зоні масляної порожнини опори газотурбінного двигуна, пов'язані з наявністю маслоповітряного потоку. Проаналізовано підходи до експериментального визначення коефіцієнта тепловіддачі та сформовано відповідну систему вимірювання локальних температур середовищ. Оцінено значення похибки визначення значень коефіцієнтів тепловіддачі та ступінь впливу визначальних факторів. Визначено внесок неодномірності температурного поля у стінках порожнини та невизначеності у значенні температури ядра потоку. Показано переваги використання посереднього коефіцієнта тепловіддачі для інженерних розрахунків та суттєвий вплив способу опосередкування на його значення. Найбільш точно завданням таких розрахунків відповідає середня по щільності теплового потоку, при якому не змінюється загальний тепловий потік через стінки порожнини.