Обзор экспериментальных исследований эффективности пленочного охлаждения плоской поверхности

Авторы: Мельников А.И.
Опубликовано в выпуске: #11(28)/2018
DOI: 10.18698/2541-8009-2018-11-407
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Ключевые слова: пленочное охлаждение, эффективность пленочного охлаждения, плоская поверхность, экспериментальные данные, вдув охладителя, ряд отверстий, адиабатическая стенка, верификация
Опубликовано: 20.11.2018

Выполнен обзор статей, содержащих описания экспериментальных исследований эффективности пленочного охлаждения плоской поверхности. Пленочное охлаждение является одним из основных и наиболее эффективных способов охлаждения лопаток современных высокотемпературных газовых турбин, поэтому непрерывно ведутся исследования в поисках новых путей повышения эффективности пленочного охлаждения. Основным направлением таких исследований является поиск оптимальной формы отверстий для вдува охлаждающего воздуха и оптимальной схемы расположения этих отверстий на защищаемой поверхности. Экспериментальные исследования эффективности пленочного охлаждения требуют больших временных и материальных затрат, поэтому часто при исследовании нового инженерного решения ограничиваются численными расчетами. Однако численные модели для получения адекватных результатов расчета все равно требуют верификации по экспериментальным данным. В данном обзоре рассмотрены статьи с описаниями экспериментов по определению эффективности пленочного охлаждения плоской поверхности при однорядном вдуве охладителя, в которых приведены все данные, необходимые для верификации как численных расчетных моделей, либо полуаналитических методик. Проведено сравнение экспериментальных данных с результатами расчета эффективности пленочного охлаждения по формуле Кутателадзе — Леонтьева.

Литература

[1] Sinha A.K., Bogard D.G., Crawford M.E. Film-cooling effectiveness downstream of a single row of holes with variable density Ratio. J. Turbomach., 1991, vol. 113, no. 3, pp. 442–449.

[2] Schmidt D.L., Bogard D.G. Effects of freestream turbulence and surface roughness on film cooling. Proc. ASME, 1996, paper no. 96-GT-462, pp. V004T09A049.

[3] Kohli A., Bogard D.G. Adiabatic effectiveness, thermal fields, and velocity field for film cooling with large angle injection. Proc. ASME, 1995, paper no. 95-GT-219, pp. V004T09A044.

[4] Gritsch M., Schulz A., Wittig S. Adiabatic wall effectiveness measurements of film cooling holes with expanded exits. J. Turbomach., 1998, vol. 120, no. 3, pp. 549–556.

[5] Lutum E., Johnson В.V. Influence of the hole length-to-diameter ratio on film cooling with cylindrical holes. J. Turbomach., 1999, vol. 121, no. 2, pp. 209–216.

[6] Saumweber C., Schulz A., Wittig S. Free-stream turbulence effects on film cooling with shaped holes. J. Turbomach., 2003, vol. 125, no. 1, pp. 65–73.

[7] Gritsch M., Colban W., Schär H., Döbbeling K. Effect of hole geometry on the thermal performance of fan-shaped film cooling holes. J. Turbomach., 2005, vol. 127, no. 4, pp. 718–725.

[8] Barigozzi G., Franchini G., Perdichizzi A. The effect of an upstream ramp on cylindrical and fan-shaped hole film cooling. Part II — adiabatic effectiveness results. Proc. ASME, 2007, paper no. GT2007-27079, pp. 115–123.

[9] Lu Y., Dhungel A., Ekkad S.V., Bunker R.S. Effect of trench width and depth on film cooling from cylindrical holes embedded in trenches. Proc. ASME, 2007, paper no. GT2007-27388, pp. 339–349.

[10] Cun-liang L., Hui-ren Z., Jiang-tao B., Du-chun X. Experimental and numerical investigation on the film cooling of waist-shaped slot holes comparing with converging slot holes. J. Turbomach., 2012, vol. 134, no. 1, pp. 011021-1–011021-11.

[11] Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепловая завеса при турбулентном пограничном слое газа. ТВТ, 1963, Т. 1, № 2, с. 281–290.

[12] Леонтьев А.И., Волчков Э.П., Лебедев В.П. Тепловая защита стенок плазмотронов. Низкотемпературная плазма. T.15. Новосибирск, Наука СО, 1995, 328 с.