Dissertation/Thesis Abstract

Analytical Modelling of the Effects of Different Gas Turbine Cooling Techniques on Engine Performance
by Uysal, Selcuk Can, Ph.D., West Virginia University, 2017, 202; 10271926
Abstract (Summary)

In der Gasturbinen-Design, das oberste Ziel ist höchste Leistung oder Schubkraft zu haben, während der Wirkungsgrade am höchsten, und der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen am niedrigsten sind. Fortschritte in der Kühlungsmethoden der Turbinenschaufeln und der Leitschaufeln ermöglicht höhere Temperaturen in der Brennkammer zu erreichen und längere Dauerhaftigkeit der Turbinenkomponenten zu haben, daß die primäre Faktoren die Motorleistung zu verbessern sind.

Für moderne Gasturbinen gibt es eine große Auswahl der möglichen Kühlungsmethoden, daß erfordert sich die Auswirkungen der relativen Vorteile jeder Methode zur Gasturbinenleistung zu bewerten. Die Forscher meistens analysieren neuer Kühlungsmethoden (entweder isoliert von oder kombiniert mit anderen Methoden) durch Wärmeübergangsexperimenten oder numerische Strömungsmechaniksmethoden (CFD), die gültig sind nur in einer beschränkten Region einzelner Turbinenschaufel, daß ziemlich klein ist im Vergleich zu der Größe der tatsächlichen Schaufel. Um eingehende Bewertungen der vershiedenen Kühlungsmethoden machen zu können, ein thermodynamisches Model wird gebraucht, das berücksichtigt die Turbinenleistungsverluste in Zusammenhang mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, aus der konvektiven Wärmeübergang von den Schaufeln, aus der Reibung durch die Bewegung des Kühllufts in den Schaufeln, und aus der Mischung der Strömungen mit unterschiedlichen Temperaturen usw.

In dieser Dissertation, thermodynamische Modelle werden entwickelt mit MATLAB Simulink® für die abgekühlten Flugtriebwerke und Gasturbinen. Die Modelle enthält Subsysteme für das On-Design, für die Turbomaschinen-Entwurf (2D) und gekühlten Off-Design Berechnungen und sie nutzen die Gasturbinebetriebsbedingungen, die polytropere Wirkungsgrade, die Materialinformationen und die Angaben von der Kühlungssystem als die Eingabe. Der Algorithmus dieser Modellen beinhaltet eine Methode, die die Menge der Turbinenleistungsverluste von der Nutzung der verschiedenen Turbinenschaufelkühlungskonfigurationen berechnen kann.

Die Modelle werden verwendet in einer Sensitivitätsanalyse, in der, die Auswirkungen auf der Gasturbinenleistungsparametern aus der Veränderungen in der Biot-Nummern des Schaufelmetalls, der Biot-Nummern der Wärmedämmschicht (TBC), der Filmkühleffektivität, der Innenkühleffektivität, und der maximal zulässigen Schaufelmetalltemperatur, sind untersucht. Als einer von hochentwickelter Filmkühlungsmethode, die Filmkühlungsleistung der Antiwirkel-Kühlluftborungen (Anti-Vortex Holes) sind untersucht bei der Nutzung von Detached Eddy Simulation Strömungsmechaniksmethoden. Die thermodynamische Modelle der abgekühlten Flugtriebwerke und Gasturbinen, die CFD-Datei als Input nutzen können, werden anschließend verwendet in einer weiteren Analyse, in der, die Auswirkungen auf der Gasturbinenleistungsparametern aus der Nutzung der Kühlungskonfigurationen mit Antiwirkel-Kühlluftborungen (AVH) stattdessen der Nutzung der Kühlungskonfigurationen mit der anderen Kühlluftborungstypen, werden verglichen.

Indexing (document details)
Advisor: Nix, Andrew C.
Commitee: Akkerman, V'yacheslav, Black, James B., Dumitrescu, Cosmin, Kuhlman, John M.
School: West Virginia University
Department: Mechanical and Aerospace Engineering
School Location: United States -- West Virginia
Source: DAI-B 78/10(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Aerospace engineering, Mechanical engineering, Energy
Keywords: Anti-vortex holes, Cooled turbine modelling, Detached eddy simulations, Gas turbine performance, Turbine blade cooling, Turbine losses
Publication Number: 10271926
ISBN: 9781369765267
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