خنک کننده تیغه استاتور توربین و موتورهای هواپیما
علاقه مندان به فناوری و مکانیک ممکن است موافق باشند که موتورها بسیار باحال هستند – و همچنین می دانند که در هنگام مواجهه با مشکلات خنک کننده چقدر سرسخت می شوند. وقتی صحبت از نیروی محرکه هواپیما می شود، گرمای بیش از حد یک گزینه نیست. اکثر هواپیماها نمی توانند بدون موتور به طور ایمن پرواز کنند، پس چرا خطر گرم شدن بیش از حد را تهدید می کند؟ در حالی که طراحیهای فعلی موتور این خطر را با استفاده از سیستمهای خنککننده هوشمند محدود میکنند، راه دیگری برای حل این مشکل، طراحی موتورهای کممصرفتر، بدون انتشار گرمای بیش از حد است. بیایید نگاهی به مدلسازی انتقال حرارت در پرههای استاتور توربین بیندازیم و همچنین در مورد تکامل نیروی محرکه هوانوردی بحث کنیم.
مدلسازی انتقال حرارت در تیغه استاتور توربین
توربوماشین های محوری که معمولاً در موتورهای هواپیما مانند توربوجت ها یا توربوفن ها یافت می شوند، معمولاً دارای جفت های متوالی پره های دوار و ثابت هستند که به آنها مراحل می گویند . توربین واقع در پایین دست محفظه احتراق معمولاً از یک یا چند مرحله ساخته می شود. این به گونه ای طراحی شده است که گرما و فشار شدید موجود در گازهای خروجی را به نیروی رانش و گشتاور تبدیل کند. اولی توسط خروجی گاز با تکانه بالا از طریق یک نازل تامین می شود، در حالی که دومی برای چرخش توربوماشین حول محور خود استفاده می شود. پره های دوار و ثابت که به آنها روتور و استاتور نیز گفته می شودپره ها باید بتوانند شرایط فشار و دمای شدید داخل توربین را تحمل کنند. یک سیستم هوای کمپرسور، متمایز از هوای تخلیه سرویس، جریان هوای خنک کننده را از طریق مجاری داخلی برای کاهش این تنش های حرارتی و کنترل تغییر شکل تیغه ها فراهم می کند.
در ویدیوی زیر “مدل سازی انتقال حرارت در تیغه استاتور توربین”، جابجایی، دما و تنش را در مدل تیغه استاتور با استفاده از رابط تنش حرارتی در COMSOL Multiphysics ارزیابی می کنیم.
موتورهای هواپیما با جت A
اگرچه ممکن است در سپیده دم پروازهای خورشیدی و نیروی محرکه هواپیماهای برقی باشیم، بیشتر موتورهایی که برای پیشرانه هواپیماهای تجاری و نظامی استفاده میشوند به موتورهای جت متکی هستند که با سوخت مایع کار میکنند – عمدتاً انواع روغنهای تصفیه شده شناخته شده. به عنوان جت A. دلایل زیادی برای استفاده از این نوع سوخت خاص وجود دارد، اما مهمترین آنها به شرح زیر است:
- انرژی ویژه و چگالی انرژی
- جت A حاوی انرژی زیادی در واحد جرم، اما همچنین در واحد حجم است، که این امکان را برای یک هواپیمای معین فراهم میکند که مسافران یا محمولههای بیشتری را و در مسافتهای طولانیتر بدون مخازن حجیم مورد نیاز در هواپیماهای دارای گاز طبیعی پرواز کند.
- ایمنی
- حتی اگر تحت شرایط خاص خطرناک است، شرایط عملکرد عادی آن در مقایسه با اکثر انواع سوخت نسبتاً ایمن است.
- بهره وری
- این یک منبع حرارتی ایده آل برای توربین های گازی است که گرمای تولید شده در محفظه احتراق را به نیروی مکانیکی و نیروی محرکه ای تبدیل می کند که در بسیاری از انواع موتورهای جت (توربوجت، توربوفن، توربوپراپ و غیره) استفاده می شود.
قانون توربین های گازی
این سه مزیت موتورهای جت A، اصلاحات فناوری و بهینهسازی هزینه را ممکن میسازد که استانداردهای فنی و اقتصادی دقیقی را بر پیشرانه هوانوردی تنظیم کرده است. هر نوع جدید موتور هواپیما باید با این استانداردها مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود تا بتواند با توربین های گازی رقابت کند. پیشرفتهای اخیر در راندمان، عملکرد و مصرف سوخت توربین به دلیل نیاز به بهبود عملکرد محض (کروز مافوق صوت یا فراصوت، حمل و نقل بار سنگین، عملیات برد طولانی) انجام شده است. و با افزایش هزینه های نفت و ظهور سوخت های زیستی نسبتاً گران – اما سازگار با محیط زیست-. با توجه به قضیه کارنو، که بیان میکند که بازده چرخههای ترمودینامیکی به نسبت دمایی بین منابع گرما سرد و گرم بستگی دارد.
نمودار یک موتور جت توربین گاز معمولی. هوا هنگام ورود به موتور توسط پره های فن فشرده شده و در قسمت احتراق با سوخت مخلوط و می سوزد. گازهای اگزوز داغ نیروی رانش به جلو را ایجاد می کنند و توربین را می چرخانند که به نوبه خود کمپرسور را مستقیماً توسط یک شفت به هم متصل می کند. قدرت شفت تقریباً نیمی از گرمای تولید شده توسط احتراق است، در حالی که نیروی محرکه حدود 40 درصد از توان حرارتی موجود را تشکیل می دهد. منبع تصویر: جف دال
همانطور که میتوانیم از تصویر بالا استنباط کنیم، توربینهای موتور جت مدرن در معرض دمای گاز نیروی محرکه بالاتر از حد معمول عملیات برای قطعات سازنده خود هستند. این امر تنها از طریق خنک کردن کارآمد قطعات توربین که با جریان داغ در تماس هستند، از جمله پره ها (محافظت شده توسط خنک کننده داخلی و خارجی) و حلقه ها قابل دستیابی است.
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید