NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG LÀM MÁT CHO CÁNH PHUN CAO ÁP CỦA ĐỘNG CƠ TUABIN KHÍ TÀU THỦY
Kỹ thuật cơ khí động lực (Mã số: 9.52.01.16)
Luận án tập trung giải quyết vấn đề tuổi thọ thấp của động cơ tuabin khí DR76 trên tàu thủy, đặc biệt là cánh phun cao áp (CPCA) hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt (1300-1400K), dẫn đến nguy cơ quá nhiệt và cháy cánh. Mục tiêu chính là nghiên cứu các giải pháp tăng cường làm mát cho CPCA bằng cách bố trí thêm các lỗ phun trên màng phân phối tại khu vực có nhiệt độ cao nhất, đảm bảo giữ nguyên lưu lượng khí làm mát.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Về lý thuyết, luận án xây dựng mô hình trao đổi nhiệt liên hợp cho CPCA của động cơ DR76 bằng phần mềm ANSYS-CFX. Về thực nghiệm, phương pháp dao động nhiệt độ (TOIRT) được sử dụng trên mô hình vật lý đồng dạng dạng tấm phẳng để xác định phân bố hệ số trao đổi nhiệt, từ đó đề xuất các phương án cải tiến màng phân phối. Các mô hình này đã được kiểm chứng về độ tin cậy.
Kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ định mức là khắc nghiệt nhất với nhiệt độ cực đại Tmax đạt 1183K, trong khi hệ số dự trữ nhiệt chỉ là 1,08. Vùng nhiệt độ cực đại tập trung ở lưng cánh. Luận án đã xác định được các thông số hình học tối ưu cho màng phân phối, bao gồm bước lỗ tương đối S/D ≥ 8 và khoảng cách tương đối H/D = 1,5 ÷ 2. Từ đó, đề xuất một màng phân phối mới với việc bổ sung 9 lỗ phun (đường kính 0,5mm, bước lỗ S/D=10, khoảng cách H/D=1,6) ở lưng cánh, đồng thời giữ 5 lỗ phun (đường kính 1,0mm) ở mũi cánh để đảm bảo lưu lượng khí làm mát không đổi.
Giải pháp đề xuất mang lại hiệu quả đáng kể: giảm nhiệt độ cực đại Tmax 56K, tăng hệ số làm mát θ từ 0,36 lên 0,40, và nâng hệ số dự trữ nhiệt từ 1,08 lên 1,13. Vùng nhiệt độ cực đại dịch chuyển về sát đuôi cánh và diện tích giảm đáng kể. Cách tiếp cận mới kết hợp mô hình nguyên mẫu và vật lý đồng dạng cùng phương pháp làm mát đơn giản, hiệu quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ và khả năng sẵn sàng chiến đấu của động cơ tuabin khí DR76 trong Hải quân Việt Nam.
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Đóng góp mới của luận án
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Ý nghĩa thực tiễn
7. Cấu trúc luận án
2.1. Mô hình trao đổi nhiệt cho cánh phun tuabin và lựa chọn phần mềm mô phỏng
2.2. Lý thuyết dòng chảy và trao đổi nhiệt trong phần mềm ANSYS-CFX
2.3. Lý thuyết tính toán điều kiện biên cho dòng khí chảy qua mạng cánh phun tuabin cao áp
2.4. Lý thuyết đồng dạng trong bài toán trao đổi nhiệt
2.5. Kết luận Chương 2
3.1. Các mô hình nghiên cứu trao đổi nhiệt
3.2. Xây dựng mô hình trao đổi nhiệt cho cánh phun tuabin cao áp động cơ DR76 bằng ANSYS
3.3. Xây dựng mô hình tính toán hệ số trao đổi nhiệt cho kênh dẫn không khí phía trong lưng cánh bằng mô hình đồng dạng
3.4. Kết luận Chương 3
4.1. Khảo sát phân bố nhiệt độ và ứng suất nhiệt trên cánh phun tuabin cao áp động cơ DR76 bằng phương pháp mô phỏng
4.2. Nghiên cứu lựa chọn các thông số hình học hợp lý trên mô hình đồng dạng
4.3. Nghiên cứu lựa chọn các phương án thay đổi kết cấu màng phân phối của cánh phun tuabin cao áp động cơ DR76
4.4. Đánh giá hiệu quả tăng cường làm mát cánh phun tuabin cao áp động cơ DR76 của các phương án màng phân phối
4.5. Kết luận Chương 4
Kết luận
Hướng phát triển