Lâmina de turbina
a uma razão de pressão constante, a eficiência térmica do motor aumenta à medida que a temperatura de entrada da turbina (TET) aumenta. No entanto, altas temperaturas podem danificar a turbina, como as lâminas estão sob grandes tensões centrífugas e os materiais são mais fracos a alta temperatura. Por isso, o arrefecimento da lâmina da turbina é essencial. Os projetos atuais de turbinas modernas estão operando com temperaturas de entrada superiores a 1900 kelvins, o que é alcançado através do resfriamento ativo dos componentes da turbina.
Métodos de arrefecimento
o arrefecimento dos componentes pode ser obtido por arrefecimento a ar ou líquido. O resfriamento líquido parece ser mais atraente devido à alta capacidade de calor específico e chances de resfriamento por evaporação, mas pode haver vazamento, corrosão, asfixia e outros problemas. o que funciona contra este método. Por outro lado, o arrefecimento do ar permite que o ar descarregado entre no fluxo principal sem qualquer problema. A quantidade de ar necessária para este fim é de 1-3% do fluxo principal e a temperatura da lâmina pode ser reduzida em 200-300 °C. Há muitas técnicas de resfriamento utilizadas em lâminas de turbina a gás; convecção, filme, resfriamento transpiração, efusão de resfriamento, Resfriamento por pinça, etc. que se inserem nas categorias de arrefecimento interno e externo. Enquanto todos os métodos têm suas diferenças, todos eles trabalham usando ar mais frio (muitas vezes sangrado a partir do compressor) para remover o calor das lâminas da turbina.
Interno coolingEdit
Convecção coolingEdit
Ele funciona através da passagem de ar de arrefecimento através de passagens internas para a lâmina. O calor é transferido por condução através da lâmina e, em seguida, por convecção para o ar que flui dentro da lâmina. Uma grande área interna de superfície é desejável para este método, de modo que os caminhos de resfriamento tendem a ser serpentina e cheia de pequenas barbatanas. As passagens internas da lâmina podem ter uma forma circular ou elíptica. O resfriamento é obtido passando o ar através destas passagens do hub em direção à ponta da lâmina. Este ar de arrefecimento vem de um compressor de ar. No caso de turbina a gás, o fluido exterior é relativamente quente, que passa através da passagem de resfriamento e mistura com o fluxo principal na ponta da lâmina.
Choque de coolingEdit
Uma variação de refrigeração por convecção, o choque de resfriamento, funciona pressionando a superfície interna da lâmina de ar de alta velocidade. Isto permite que mais calor seja transferido por convecção do que o resfriamento regular por convecção. Arrefecimento Impingement é usado nas regiões de maiores cargas de calor. No caso de lâminas de turbina, o bordo dianteiro tem a temperatura máxima e, portanto, a carga de calor. O resfriamento de impacto também é usado no cordão médio da palheta. As lâminas são ocas com um núcleo. Há passagens internas de arrefecimento. O ar de resfriamento entra pela região da borda dianteira e se vira para a borda traseira.
Externo coolingEdit
Filme coolingEdit
Filme de refrigeração (também chamado de filme fino de refrigeração), um tipo amplamente utilizado, permite uma maior refrigeração eficácia do que a convecção e choque de refrigeração. Esta técnica consiste em bombear o ar de Arrefecimento para fora da lâmina através de múltiplos pequenos orifícios ou fendas na estrutura. Uma camada fina (a película) de ar resfriado é então criada na superfície externa da lâmina, reduzindo a transferência de calor do fluxo principal, cuja temperatura (1300-1800 Kelvin) pode exceder o ponto de fusão do material da lâmina (1300-1400 Kelvin). A capacidade do sistema de resfriamento de filme para resfriar a superfície é geralmente avaliada usando um parâmetro chamado eficácia de resfriamento. Uma maior eficácia de arrefecimento (com o valor máximo de um) indica que a temperatura do material da lâmina está mais próxima da temperatura do líquido de arrefecimento. Em locais onde a temperatura da lâmina se aproxima da temperatura do gás quente, a eficácia do resfriamento se aproxima de zero. A eficácia do arrefecimento é principalmente afectada pelos parâmetros do fluxo do líquido de arrefecimento e pela geometria da injecção. Os parâmetros do fluxo do fluido de arrefecimento incluem as razões velocidade, densidade, sopro e momento, que são calculadas utilizando as características do fluido de arrefecimento e do fluxo principal. Os parâmetros da geometria da injecção consistem na geometria do orifício ou da fenda (ou seja, cilíndricas, furos ou fendas moldados) e no ângulo da injecção. Um programa da Força Aérea dos estados unidos no início da década de 1970 financiou o desenvolvimento de uma lâmina de turbina que era tanto de filme quanto de convecção arrefecida, e esse método tornou-se comum nas modernas lâminas de turbina.Injetando o sangramento do refrigerador no fluxo reduz a eficiência isentrópica da turbina; a compressão do ar de resfriamento (que não contribui com potência para o motor) incorre em uma penalização energética; e o circuito de resfriamento adiciona uma complexidade considerável ao motor. Todos estes factores têm de ser compensados pelo aumento do desempenho global (potência e eficiência) permitido pelo aumento da turbina temperature.In nos últimos anos, pesquisadores têm sugerido o uso do atuador de plasma para o resfriamento de filmes. O resfriamento do filme de lâminas de turbina usando um atuador de plasma de descarga dielétrica foi proposto pela primeira vez por Roy e Wang. Um atuador de plasma em forma de ferradura, que é definido na vizinhança de Furos para o fluxo de gás, tem sido mostrado para melhorar a eficácia do resfriamento de filme significativamente. Na sequência da investigação anterior, relatórios recentes utilizando métodos experimentais e numéricos demonstraram o efeito da melhoria do arrefecimento em 15% utilizando um actuador de plasma.
Refrigeração effusionEdit
A superfície da lâmina é feita de material poroso, o que significa ter um grande número de pequenos orifícios na superfície. O ar de arrefecimento é forçado através destes buracos porosos que formam uma película ou camada limite mais fria. Além deste resfriamento uniforme é causado pela efusão do refrigerante sobre toda a superfície da lâmina.
Pin fin coolingEdit
In the narrow trailing edge film cooling is used to enhance heat transfer from The blade. Há uma série de barbatanas na superfície da lâmina. A transferência de calor ocorre a partir desta matriz e através das paredes laterais. À medida que o fluido de arrefecimento flui através das barbatanas com alta velocidade, o fluxo separa-se e as ondas formam-se. Muitos fatores contribuem para a taxa de transferência de calor, entre os quais o tipo de barbatana pin e o espaçamento entre barbatanas são os mais significativos.
Transpiração coolingEdit
Este é semelhante ao filme de refrigeração em que ele cria uma fina película de ar de arrefecimento na lâmina, mas é diferente em que o ar é “transmitida” por meio de um poroso shell em vez injetado através de buracos. Este tipo de arrefecimento é eficaz a altas temperaturas, pois cobre uniformemente toda a lâmina com ar fresco. As lâminas resfriadas por transpiração consistem geralmente em um suporte rígido com uma concha porosa. O ar flui através de canais internos do suporte e, em seguida, passa através da concha porosa para arrefecer a lâmina. Tal como acontece com o resfriamento de filme, o aumento do ar de resfriamento diminui a eficiência da turbina, portanto essa diminuição tem que ser equilibrada com um melhor desempenho de temperatura.
