Criterial equations for describing boundary conditions of thermal loading during tests of models of gas turbine engine blades in gas flows

M. M. Feofentov, Е. O. Zadvornyi

Abstract


The paper describes the method of obtaining the equation for spatial-temporal dependence of the heat transfer intensity of model samples under standardized thermo-fatigue damage studies of gas turbine blades in gas flow of variable parameters. Methods of the theory of the similarity of thermal processes underlie in the equation’s structure. The described numerical analysis uses results of complex bench tests of models under different regimes of non-stationary gas overflow. The obtained equation in criteria form allows describing conditions of samples’ heat exchange under thermal loading on the gas-dynamic test bench under a wide range of sizes and regimes.

Keywords


thermal stress state; gas turbine blade; boundary conditions of heat transfer; dimensionless numbers; gas flow

References


Shul'zhenko, N.G., Gontarovskii, P.P. and Zaitsev B.F. (2011), Problems of thermal strength, vibrodiagnostics and resource of power units (models, methods, research results), [Zadachi termoprochnosti, vibrodiagnostiki i resursa jenergoagregatov (modeli, metody, rezul'taty issledovanij)], LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co.KG, Saarbrücken, Germany.

Troshchenko, V.T. and dr. (2005), Strength of Materials and Structures, [Prochnost' materialov i konstruktsij]Editor-in-chief: Akademperiodika, Kiev, Ukraine.

Pospisil, B., Kvitka, A.L., Tretiachenko, G.N., and dr. (1987), Strength and Service Life of Power Equipment Components, [Prochnost' i dolgovechnost' ehlementov ehnergeticheskogo oborudovaniya], Naukova Dumka, Kiev, Ukraine.

Kravchuk, L.V., Semenov, G.P., Kuriat, R.I., and dr. (1994), State Standart of Ukraine 23.6794, Unified system of corrosion and aging protection. Metals, alloys, heat-resistant coatings, Method of high-temperature corrosion and thermal fatigue testing in the stream of products of fuel combustion, Ukraine.

Zadvornyi, E.A., Kravchuk, L.V., Buiskykh, K.P., and dr. (2015), “The analysis of the effect of material damage on the stress-strain state of gas turbine engine blades”, Problemy prochnosti, vol. 6, pp. 23-30.

Kravchuk, L.V., Kuriat, R.I. and Buiskykh, K.P. (2009), “Investigation of mechanisms of heat fatigue damage of materials with coatings of components of GTE”, Vestnik dvigatelestroeniya, vol. 9, pp. 45-49.

Barilo, V.G. and Feofentov, M.M. (2015), “The thermal state of material of a gas turbine blade with ceramic coating under the thermal cycling in gas stream”, Reliability and durability of machines and structures, “Teplovoe sostoyanie materiala lopatki GTU s keramicheskim pokrytiem pri teplosmenakh v gazovom potoke”, Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i sooruzhenii, vol. 40, pp. 69-74.

Matsevityj, YU.M. (2002), Inverse heat transfer problems [Obratnye zadachi teploprovodnosti], vol. 1, Naukova Dumka, Kyiv, Ukraine.

Chaib, K., Nehari, D. and Sad Chemloul, N. (2015), “CFD simulation of turbulent flow and heat transfer over rough surfaces”, Energy Procedia, vol. 74, pp. 909-918, doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.826

Vargaftik, N.V. (1972), Thermophysical properties of gases and liquids handbook, [Spravochnik po teplofizicheskim svoistvam gazov i zhidkostei], Nauka, Moscow, Russia.

Getsov, L.B. (2011), Materials and strength of gas turbine parts, [Materialy i prochnost' detalej gazovykh turbin], Book 1, Publishing House Gas Turbo Technology, Rybinsk, Russia.

Sidebotham, G. (2015), “Heat transfer modeling: an inductive approach”, Springer, New York, USA.

Gukhman, А.А. (1973), Intoduction to the theory of similarity, [Vvedenie v teoriyu podobiya], Vysshaya shkola, Moscow, Russia.

Sedov, L.I. (1987), Methods of similarity and dimension in mechanics, [Metody podobiya i razmernosti v mekhanike], Nauka, Moscow, Russia.

Incropera, F.P., Bergman, T.L., Lavine, A.S. and DeWitt, D.P. (2017), Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 8th ed, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ.

Kopelev, S.Z. and Tikhonov, N.D. (1974), The design of turbines of aircraft engines, [Raschet turbin aviatsionnykh dvigatelei], Mashinostroenie, Moscow, Russia.


GOST Style Citations


  1. Шульженко Н.Г. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований) / Н.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровский, Б.Ф. Зайцев. – Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co.KG, 2011. – 370 с.
  2. Прочность материалов и конструкций / Редкол. В.Т.Трощенко (отв. ред.) и др. – Киев: Академпериодика, 2005. – 1088 с.
  3. Поспишил Б. Прочность и долговечность элементов энергетического оборудования / Б. Поспишил, А.Л. Квитка, Г.Н. Третьяченко и др. - Киев: Наукова думка, 1987. – 216с.
  4. ДСТУ 23.6794. Єдина система захисту вiд корозії та старіння. Метали, сплави, покриття жаростiйкі. Метод випробувань на високотемпературну корозiю та термовтому в потоцi продуктiв горiння палива./ Кравчук Л.В., Семенов Г.Р., Курiат Р.І. та ін.: Наказ № 94 від 25.02.94. – 27 с.
  5. Задворный Е.А. Анализ влияния поврежденности материала на напряженно-деформированное состояние лопаток газотурбинных двигателей / Е.А. Задворный, Л.В. Кравчук, К.П. Буйских, С.Г. Киселевская, Н.Н. Феофентов, А.Ю. Лебедин // Проблемы прочности. – К.: Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины. ‑ 2015. – № 6. – С. 23-30.
  6.  Кравчук Л.В. Исследование механизмов термоусталостного повреждения материалов с покрытиями деталей ГТД / Л.В. Кравчук Р.И. Куриат, К.П. Буйских, Е.А. Задворный, С.Г. Киселевская // Вестник двигателестроения. ‑ 2009. – № 1. – С. 45-49.
  7. Барило В.Г. Тепловое состояние материала лопатки ГТУ с керамическим покрытием при теплосменах в газовом потоке / В.Г. Барило, Н.Н. Феофентов // Надежность и долговечность машин и сооружений. – К.: Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины. ‑ 2015. – Вып. 40. – С. 69-74.
  8.  Мацевитый Ю.М. Обратные задачи теплопроводности: В 2-х т. / Ю. М. Мацевитый. – Киев: Наук. думка, 2002. – Т. 1. – 408 с.
  9. Chaib K. CFD simulation of turbulent flow and heat transfer over rough surfaces / Khaleb Chaib, Driss Nehari, Nouredine Sad Chemloul // Energy Procedia, 2015. – Is. 74. – P. 909-918, doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.826
  10. Варгафтик Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.В. Варгафтик. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
  11. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. Кн. 1 / Л.Б. Гецов. – Рыбинск: ОО «Издательский дом «Газотурбинные технологии», 2011. – 611 с.
  12. Sidebotham G. Heat transfer modeling: an inductive approach / G. Sidebotham. – New York: Springer, 2015. – 516 p.
  13. Гухман А.А. Введение в теорию подобия / А.А. Гухман. – М.: Высшая школа, 1973. – 296 с.
  14. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике / Л.И. Седов. – М.: Наука, 1987. – 423 с.
  15. Incropera F.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 8th Edition / Frank P. Incropera, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, David P. DeWitt. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2017. – 1070 p.




DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2018.82.124161

Refbacks

  • There are currently no refbacks.