Optymalizacja kształtu oraz rozmieszczenia kanałów chłodzących w łopatkach turbin gazowych

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń dotyczących problemu chłodzenia łopatek turbin gazowych. Sformułowane zostało zagadnienie odwrotne dotyczące rozmieszczenia kanałów chłodzących w istniejącej konstrukcji łopatki z punktu widzenia kryterium optymalizacyjnego. Jako kryterium optymalizacji przyjęta została stała temperatura na brzegu zewnętrznym łopatki równa 600K i 650K. Obliczenia wykonane zostały dla łopatki Mark2 przy założeniu, że znany jest rozkład współczynnika przejmowania ciepła na brzegu zewnętrznym łopatki. Wyniki obliczeń pokazują, że rozmieszczenie kanałów chłodzących w tej łopatce nie jest prawidłowe z punktu widzenia rozpatrywanego kryterium optymalizacyjnego.

Pełny tekst (pdf)

1. Lakshminarayana B.: Fluid dynamics and heat transfer of turbomachinery, Wiley & Sons Inc., 1996.
2. Bunker R.S.: Gas turbine heat transfer: 10 remaining hot gas path challenges, ASME Paper GT2006-90002, 2006.
3. Brenberg J.: Turbulence modelling for internal cooling of gas-turbine blades, PhD Thesis, Department of thermo and fluid dynamics, Chalmers University of Technology, Goeteborg 2002.
4. V. Wolfersdorf J., Achermann E., Weigand B.: Shape optimization of cooling channels using genetic algorithms, J. Heat Transfer, 119 (1997) 380-388.
5. Nowak G., Wróblewski W., Chmielniak T.: Optimization of cooling passages within a turbine vane, Proc. ASME TurboExpo 2005, Paper GT 2005-68552, pp. 1-8.
6. Hylton L.D., Mihelc M.S., Turner E.R., Nealy D.A., York R.E.: Analytical and experimental evaluation of the heat transfer distribution over the surfaces of turbine vanes, NASA CR-168015 DDA EDR 11209, 1983.
7. Dulikravich G.S., Martin T.J., Dennis B.H., Multidisciplinary inverse problems. 3rd Int. Conf. Inverse Problems in Engineering, Port Ludlow, USA, 1999.
8. Hadamard J.: Sur les problèmes aux dérivées partielles et leur signification physique, Princeton University Bulletin 1902, pp. 49-52.
9. Alifanov O.M.: Inverse Problems, Moscow, 1988.
10. Beck J.V., Blackwell B., Clair C.R.: Inverse heat conduction Ill-posed problems, New York, 1985.
11. Louis A.K.: Inverse und schlecht gestellte Probleme, Teubner Studienbücher: Mathematik, Stuttgart 1989.
12. Frąckowiak A., Botkin N.D., Ciałkowski M., Hoffmann K-H.: Iterative algorithm for solving the heat conduction inverse problems with the method of fictitious sources, in Science and Engineering, 2014.
13. Frąckowiak A., v. Wolfersdorf J., Ciałkowski M.: Solution of the inverse heat conduction problem described by the Poisson equation for a cooled gas-turbine blade, Int. J. Heat Mass Transfer, 54 (2011) 1236-1243.
14. Cannon J.R., Duchateau P.: Structural identification of an unknown source term in heat equation, Inverse Problems, 14 (1998) 535-551.
15. Jin B., Marin L.: The method of fundamental solutions for inverse source problems associated with the steady-state heat conduction, Int. J. Numerical Methods Eng., 69 (2007) 1570-1589.
16. Ling L., Yamamoto M., Hon Y.C., Takeuchi T.: Identification of source locations in two-dimensional heat equations, Inverse Problems, 22 (2006) 1289-1305.
17. Yan L., Fu C.-L., Yang F-L.: The method of fundamental solutions for the inverse heat source problem, Eng. Analysis Boundary Elements, 32 (2008) 216-222.
18. Yang C-Y.: The determination of two heat source in an inverse heat conduction problem, Int. J. Heat Mass Transfer, 42 (1999) 345-356.
19. Alves C.J.S., Colaço M.J., Leitão V.M.A., Martins N.F.M., Orlande H.R.B., Roberty N.C.: Recovering the source term in a linear diffusion problem by the method of fundamental solutions, Inverse Problems Sci. Eng., 16 (2010)1005-1021.