Modelado de Múltiples Fidelidades del Efecto del Recorrido del Combustor en las Temperaturas de la Turbina de Alta Presión
Autores: Carta, Mario; Shahpar, Shahrokh; Ghisu, Tiziano; Licheri, Fabio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado de Múltiples Fidelidades del Efecto del Recorrido del Combustor en las Temperaturas de la Turbina de Alta Presión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Turbina
Temperaturas
Alta presión
Rotor
Distribución de entrada
Estrés térmico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
A medida que las temperaturas de entrada de las turbinas de los motores a reacción modernos continúan aumentando, se introducen tensiones térmicas adicionales en los rotores de la turbina de alta presión, que ya están sometidos a niveles sustanciales de cargas centrífugas y de gas. Por lo general, para los motores turbofan modernos, la distribución de temperatura aguas arriba del estator de alta presión se caracteriza por una serie de regiones de alta temperatura, determinadas por la disposición circunferencial de los quemadores del combustor. La posición de estas regiones de alta temperatura, tanto radial como circunferencialmente en relación con la disposición del estator de alta presión, puede tener un fuerte impacto en su posterior migración a través de la etapa de alta presión. Por lo tanto, para una cantidad dada de potencia térmica que ingresa a la turbina, se puede lograr una reducción significativa en las temperaturas máximas del rotor ajustando la distribución de temperatura de entrada. Este artículo tiene como objetivo mitigar las temperaturas máximas de superficie en un rotor de turbina de alta presión de un motor turbofan comercial moderno mediante un análisis paramétrico y optimización del campo de temperatura de entrada. Los parámetros considerados para este estudio son la posición circunferencial de los puntos de alta temperatura y el sesgo general de la distribución de temperatura en la dirección radial. Se realizan simulaciones de transferencia de calor no estacionarias (desfase) y conjugadas de alta fidelidad para evaluar los efectos del ajuste de entrada y el sesgo radial en las temperaturas del metal del rotor. La distribución de entrada optimizada logró una reducción de 100 K en las temperaturas máximas del rotor de alta presión y un 7.5% de temperaturas máximas más bajas en las palas del estator de alta presión. Además, la distribución de temperatura optimizada también se caracteriza por una asignación de carga térmica significativamente más uniforme en las palas del estator, en comparación con la distribución base.
Descripción
A medida que las temperaturas de entrada de las turbinas de los motores a reacción modernos continúan aumentando, se introducen tensiones térmicas adicionales en los rotores de la turbina de alta presión, que ya están sometidos a niveles sustanciales de cargas centrífugas y de gas. Por lo general, para los motores turbofan modernos, la distribución de temperatura aguas arriba del estator de alta presión se caracteriza por una serie de regiones de alta temperatura, determinadas por la disposición circunferencial de los quemadores del combustor. La posición de estas regiones de alta temperatura, tanto radial como circunferencialmente en relación con la disposición del estator de alta presión, puede tener un fuerte impacto en su posterior migración a través de la etapa de alta presión. Por lo tanto, para una cantidad dada de potencia térmica que ingresa a la turbina, se puede lograr una reducción significativa en las temperaturas máximas del rotor ajustando la distribución de temperatura de entrada. Este artículo tiene como objetivo mitigar las temperaturas máximas de superficie en un rotor de turbina de alta presión de un motor turbofan comercial moderno mediante un análisis paramétrico y optimización del campo de temperatura de entrada. Los parámetros considerados para este estudio son la posición circunferencial de los puntos de alta temperatura y el sesgo general de la distribución de temperatura en la dirección radial. Se realizan simulaciones de transferencia de calor no estacionarias (desfase) y conjugadas de alta fidelidad para evaluar los efectos del ajuste de entrada y el sesgo radial en las temperaturas del metal del rotor. La distribución de entrada optimizada logró una reducción de 100 K en las temperaturas máximas del rotor de alta presión y un 7.5% de temperaturas máximas más bajas en las palas del estator de alta presión. Además, la distribución de temperatura optimizada también se caracteriza por una asignación de carga térmica significativamente más uniforme en las palas del estator, en comparación con la distribución base.