Experimental study of heat dissipation in physical model of combustion chamber of gas-turbine engine at its start
Authors: Володин Ю.Г. , Марфина О.П. , Матвеев Ю.И. , Гречко Н.В. , Салахов И.Р. 
Published: September 2024

Статья посвящена изучению пускового режима газотурбинного двигателя, относящегося к переходным или нестационарным режимам, в которых за короткий промежуток времени увеличивается температура рабочего тела и, как следствие, в целом изменяется вся ситуация, связанная с теплообменом. В литературных источниках практически отсутствует информация об экспериментальных исследованиях высоко динамичных нестационарных апериодических процессов. Эксперимент выполнен на разомкнутом газодинамическом контуре с электродуговым подогревом протекающего газового потока. В качестве физической модели использована тонкостенная цилиндрическая труба. При выполнении исследований измерялись: расход газового потока, полное давление в потоке, температура газа на входе в канал, температуры стенки по длине экспериментального канала, статические давления и касательные напряжения трения в функции времени и продольной координаты. Все средства измерения аттестованы либо по ним проведены предварительные исследования, определяющие их инерционность. Проведенные экспериментальные исследования при резком увеличении температуры рабочего тела показали, что одновременно формирующиеся эффекты тепловой и гидродинамической нестационарности, воздействуя на поток, ускоряют его. Ускорение потока, обусловленное более резким увеличением температуры рабочего тела до 1125К с высокими значениями временных производных температуры и скорости потока, приводит к 2-х ÷ 3-х кратному уменьшению коэффициентов теплоотдачи. Высоко динамичный процесс, при котором формируется температурный напор, определяющий границы возникающего явления ламинаризации турбулентного пограничного слоя, зафиксировано впервые при тепловом потоке направленном от потока газа к стенке канала.

The article is devoted to the study of the starting mode of a gas turbine engine, which relates to transient or unsteady modes, in which the temperature of the working fluid increases in a short period of time and, as a result, the whole situation associated with heat transfer changes. There is practically no information in the literature about experimental studies of highly dynamic non-stationary aperiodic processes. The experiment was carried out on an open gas-dynamic circuit with electric arc heating of the flowing gas flow. A thin-walled cylindrical pipe was used as a physical model. During the research, the following were measured: gas flow rate, total pressure in the flow, gas temperature at the entrance to the channel, wall temperatures along the length of the experimental channel, static pressures and tangential friction stresses as a function of time and longitudinal coordinates. All measuring instruments have been certified or preliminary studies have been carried out on them to determine their inertia. Experimental studies carried out with a sharp increase in the temperature of the working fluid showed that the simultaneously formed effects of thermal and hydrodynamic unsteadiness, affecting the flow, accelerate it. The acceleration of the flow, caused by a sharper increase in the temperature of the working fluid to 1125 K with high values ​​of the temporary derivatives of temperature and flow velocity, leads to a 2 ÷ 3-fold decrease in heat transfer coefficients. A highly dynamic process in which a temperature pressure is formed, which determines the boundaries of the emerging phenomenon of laminarization of a turbulent boundary layer, was recorded for the first time with a heat flow directed from the gas flow to the channel wall.