Influencia de la racha caliente y la posición de reloj de remolino en el rendimiento aerotérmico de la turbina de alta presión
Autores: Yang, Xiaojun; Cai, Hongming; Kang, Jinhui; Liu, Wenbo; Li, Peiran
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Influencia de la racha caliente y la posición de reloj de remolino en el rendimiento aerotérmico de la turbina de alta presión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Racha caliente
Remolino
Turbina
Combustor
Rendimiento aerotérmico
Número de Nusselt
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
En los motores aéreos civiles modernos, la racha caliente y el remolino en la salida del combustor tienen un impacto significativo en el rendimiento aerotérmico de la turbina de alta presión (HPT). Debido a los diferentes propósitos de diseño del combustor y la turbina, la racha caliente (HS) y el remolino (SW) tienen diferentes distribuciones espaciales en la entrada de la turbina. Este documento realiza una simulación transitoria de la HPT de primera etapa GE E3, considerando el remolino y la racha caliente enfrentados al medio del pasaje y al borde de ataque de la paleta guía de la tobera, respectivamente, y también explora el impacto del remolino positivo y negativo. Los resultados muestran que diferentes posiciones de reloj y direcciones de remolino cambiarán el ángulo de incidencia y la distribución de las líneas de corriente de la paleta, afectando así la migración de la racha caliente, la temperatura y la distribución del número de Nusselt en la superficie del estator. En casos positivos, la racha caliente se concentra en la parte superior del pasaje, y en casos negativos, se encuentra en la parte inferior. En casos intermedios, aparecen áreas de alta temperatura en ambas palas, y las distribuciones son opuestas. Afectadas por el remolino, al enfrentar el centro del pasaje, las líneas de estancamiento del lado de presión de las dos palas también son diferentes, por lo que la distribución del número de Nusselt es opuesta. Al enfrentar el borde de ataque, solo aparece una pala. Debido a la interferencia insensible del rotor-estator, la migración transitoria de la racha caliente en el rotor está principalmente afectada por el flujo secundario inherente y la temperatura en la entrada del rotor (especialmente las condiciones que enfrentan el borde de ataque), mientras que el remolino residual aguas arriba se ve menos afectado. A diferencia del caso intermedio, en los casos de borde de ataque, la racha caliente se separa y necesita ser remezclada antes de entrar en el pasaje de la pala, por lo que el cambio de temperatura en la cascada de palas es relativamente suave. Con base en esto, la distribución del número de Nusselt en la superficie de la pala es similar. Para obtener las condiciones de operación más favorables para el motor, se utiliza la eficiencia de la turbina para comparar el rendimiento aerotérmico bajo diferentes condiciones. En última instancia, se encontró que la turbina con la racha caliente y el remolino positivo enfrentando directamente el borde de ataque era la más eficiente.
Descripción
En los motores aéreos civiles modernos, la racha caliente y el remolino en la salida del combustor tienen un impacto significativo en el rendimiento aerotérmico de la turbina de alta presión (HPT). Debido a los diferentes propósitos de diseño del combustor y la turbina, la racha caliente (HS) y el remolino (SW) tienen diferentes distribuciones espaciales en la entrada de la turbina. Este documento realiza una simulación transitoria de la HPT de primera etapa GE E3, considerando el remolino y la racha caliente enfrentados al medio del pasaje y al borde de ataque de la paleta guía de la tobera, respectivamente, y también explora el impacto del remolino positivo y negativo. Los resultados muestran que diferentes posiciones de reloj y direcciones de remolino cambiarán el ángulo de incidencia y la distribución de las líneas de corriente de la paleta, afectando así la migración de la racha caliente, la temperatura y la distribución del número de Nusselt en la superficie del estator. En casos positivos, la racha caliente se concentra en la parte superior del pasaje, y en casos negativos, se encuentra en la parte inferior. En casos intermedios, aparecen áreas de alta temperatura en ambas palas, y las distribuciones son opuestas. Afectadas por el remolino, al enfrentar el centro del pasaje, las líneas de estancamiento del lado de presión de las dos palas también son diferentes, por lo que la distribución del número de Nusselt es opuesta. Al enfrentar el borde de ataque, solo aparece una pala. Debido a la interferencia insensible del rotor-estator, la migración transitoria de la racha caliente en el rotor está principalmente afectada por el flujo secundario inherente y la temperatura en la entrada del rotor (especialmente las condiciones que enfrentan el borde de ataque), mientras que el remolino residual aguas arriba se ve menos afectado. A diferencia del caso intermedio, en los casos de borde de ataque, la racha caliente se separa y necesita ser remezclada antes de entrar en el pasaje de la pala, por lo que el cambio de temperatura en la cascada de palas es relativamente suave. Con base en esto, la distribución del número de Nusselt en la superficie de la pala es similar. Para obtener las condiciones de operación más favorables para el motor, se utiliza la eficiencia de la turbina para comparar el rendimiento aerotérmico bajo diferentes condiciones. En última instancia, se encontró que la turbina con la racha caliente y el remolino positivo enfrentando directamente el borde de ataque era la más eficiente.