Flujo en remolino y transferencia de calor en una cavidad rotor-estator con consideración del efecto de deformación térmica del sello de entrada
Autores: Shi, Yu; Ding, Shuiting; Liu, Peng; Qiu, Tian; Liu, Chuankai; Qiu, Changbo; Ye, Dahai
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Flujo en remolino y transferencia de calor en una cavidad rotor-estator con consideración del efecto de deformación térmica del sello de entrada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Típico
Turbina de gas
Motor aeroespacial
Aire de refrigeración
Flujo en remolino
Transferencia de calor
Sello de entrada
Deformación térmica
Marco numérico
Transferencia de calor conjugada
Método de elementos finitos estructurales
Acoplamiento aero-termo-elástico
Deformación elástica
Flujo de fuga
Resultados de simulación
Holgura en funcionamiento caliente
Gradiente de temperatura
Rigidez estructural
Holgura en la punta
Relación de remolino
Salida de laberinto
Número de Nusselt
No uniforme
Dirección axial
Compensación de holgura
Flujo de refrigerante
Temperatura del metal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
En la estructura típica de un motor a reacción de turbina de gas, el flujo másico del aire de enfriamiento en la cavidad rotor-estator es controlado por el laberinto del sello de entrada. Este estudio se centró en las características del flujo en remolino y la transferencia de calor en una cavidad rotor-estator, considerando el efecto de la deformación térmica del sello de entrada. Se estableció un marco numérico integrando el análisis de transferencia de calor conjugada (CHT) y el análisis de elementos finitos estructurales (FEM) para aclarar la interacción de acoplamiento aero-termo-elástico bidireccional entre la deformación elástica, el flujo de fuga y la transferencia de calor. Los resultados de la simulación mostraron que la holgura real en funcionamiento caliente no era uniforme a lo largo de la dirección axial debido al gradiente de temperatura y la rigidez estructural inconsistente. En comparación con la holgura de construcción en frío (CC), la holgura mínima en la punta de la holgura real no uniforme en funcionamiento caliente (ANHC) se redujo en un 37-40%, lo que provocó un aumento de la relación de remolino en la salida del laberinto del 5.3-6.9%, y una reducción del número de Nusselt de hasta un 69%. La holgura nominal uniforme en funcionamiento caliente (NUHC) se definió como la holgura promedio en la punta del laberinto. El número de Nusselt del disco rotatorio bajo la ANHC fue hasta un 81% menor que el de la NUHC. Finalmente, se propuso un método de compensación de holgura para aumentar el flujo de refrigerante y disminuir la temperatura del metal.
Descripción
En la estructura típica de un motor a reacción de turbina de gas, el flujo másico del aire de enfriamiento en la cavidad rotor-estator es controlado por el laberinto del sello de entrada. Este estudio se centró en las características del flujo en remolino y la transferencia de calor en una cavidad rotor-estator, considerando el efecto de la deformación térmica del sello de entrada. Se estableció un marco numérico integrando el análisis de transferencia de calor conjugada (CHT) y el análisis de elementos finitos estructurales (FEM) para aclarar la interacción de acoplamiento aero-termo-elástico bidireccional entre la deformación elástica, el flujo de fuga y la transferencia de calor. Los resultados de la simulación mostraron que la holgura real en funcionamiento caliente no era uniforme a lo largo de la dirección axial debido al gradiente de temperatura y la rigidez estructural inconsistente. En comparación con la holgura de construcción en frío (CC), la holgura mínima en la punta de la holgura real no uniforme en funcionamiento caliente (ANHC) se redujo en un 37-40%, lo que provocó un aumento de la relación de remolino en la salida del laberinto del 5.3-6.9%, y una reducción del número de Nusselt de hasta un 69%. La holgura nominal uniforme en funcionamiento caliente (NUHC) se definió como la holgura promedio en la punta del laberinto. El número de Nusselt del disco rotatorio bajo la ANHC fue hasta un 81% menor que el de la NUHC. Finalmente, se propuso un método de compensación de holgura para aumentar el flujo de refrigerante y disminuir la temperatura del metal.