СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТА ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ТУРБИННОЙ ЛОПАТКИ

1. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки, отличающийся тем, что включает следующие этапы: этап 1 - создание геометрических моделей; этап 2 - создание расчетных сеток в соответствии с геометрическими моделями; этап 3 - установка граничных условий решения и параметров материала в соответствии с расчетными сетками и выполнение итерационных расчетов с получением распределения температурного поля двух расчетных областей теплозащитного покрытия и турбинной лопатки; этап 4 - установка граничных условий решения и параметров материала в соответствии с распределением температурного поля области расчета теплозащитного покрытия и расчетной сеткой теплозащитного покрытия и выполнение итерационных расчетов с получением распределения поля напряжений теплозащитного покрытия и получением данных о максимальном основном напряжении и максимальном касательном напряжении поля напряжений теплозащитного покрытия; этап 5 - расчет в предварительно заданной последовательности вычисления в соответствии с распределением температурного поля двух расчетных областей теплозащитного покрытия и турбинной лопатки, а также данными о максимальном основном напряжении и максимальном касательном напряжении поля напряжений теплозащитного покрытия с получением эффективности теплоизоляции у теплозащитного покрытия и получением факторов частичной и полной комплексной оценки теплозащитного покрытия; этап 6 - получение оценки эффекта теплоизоляции и уровня напряжения теплозащитного покрытия в соответствии с факторами частичной комплексной оценки и полной комплексной оценки теплозащитного покрытия.
2. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что на этапе 1 применяют программу анализа методом конечных элементов с созданием геометрической модели теплозащитного покрытия, геометрической модели турбинной лопатки и геометрической модели поля внешнего потока; теплозащитное покрытие наносят на внешнюю сторону турбинной лопатки с охватыванием турбинной лопатки, при этом в качестве материала в геометрической модели теплозащитного покрытия задают оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия; в качестве материала в геометрической модели турбинной лопатки задают сталь; в качестве материала в геометрической модели поля внешнего потока задают воздух.
3. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что расчетные сетки, полученные на этапе 2, содержат расчетную сетку теплозащитного покрытия, расчетную сетку турбинной лопатки и расчетную сетку поля внешнего потока, при этом расчетную сетку теплозащитного покрытия измельчают с получением градиентов температуры и напряжения в покрытии, при этом измельчение выполняют в области границы раздела жидкость-твердое тело, в которой происходит контакт с воздушным потоком, и измельчение выполняют в многослойную сетку пограничного слоя для уменьшения погрешности конвективного теплообмена при расчете.
4. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что на этапе 3 расчетную сетку теплозащитного покрытия, расчетную сетку турбинной лопатки и расчетную сетку поля внешнего потока импортируют в программу анализа методом конечных элементов; определяют параметры материала теплозащитного покрытия; применяют модель турбулентности SSTk-ω и модель отсутствия равновесия около поверхности стенки; устанавливают граничные условия решения; и выполняют итерационные шаги для решения до получения сходимости результата до менее 10-5 с получением распределения температурного поля двух расчетных областей теплозащитного покрытия и турбинных лопаток.
5. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 4, отличающийся тем, что параметры материала включают плотность, теплопроводность, коэффициент вязкости, удельную теплоемкость, коэффициент теплового расширения; граничные условия включают давление и температуру на входе и выходе основного потока, давление и температуру на входе холодного воздуха, а также сопряженный теплообмен и периодические граничные условия в отношении поверхности стенки.
6. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что на этапе 4 расчетную сетку теплозащитного покрытия импортируют в программу анализа методом конечных элементов; температурное поле теплозащитного покрытия и турбинной лопатки назначают расчетным сеткам двух расчетных областей посредством интерполяции; устанавливают граничные условия решения и параметры материала; выполняют итерационные расчеты с получением распределения поля напряжений турбинной лопатки с теплозащитным покрытием и получением данных о максимальном основном напряжении и максимальном касательном напряжении поля напряжений теплозащитного покрытия.
7. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что на этапе 5 эффект теплоизоляции выражают в виде разницы температур теплозащитного покрытия и турбинной лопатки, при этом разницу температур получают путем вычитания одной из другой локальных температур поверхности в температурном поле двух расчетных областей теплозащитного покрытия и турбинной лопатки.
8. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что формулы предварительно заданной последовательности вычисления факторов частичной и полной комплексной оценки теплозащитного покрытия на этапе 5 следующие
T
w
tbc
notbc
∞
c
где Y - фактор частичной комплексной оценки теплозащитного покрытия; Y- фактор полной комплексной оценки теплозащитного покрытия; S - площадь поверхности лопатки, а - коэффициент риска; величину риска в разных местах определяют посредством испытания; T и T - температура поверхности турбинной лопатки с теплозащитным покрытием и без него соответственно; σmax — прочность материала теплозащитного покрытия; T - температура газа на входе; T - температура охлаждающего газа; σ - локальное максимальное основное напряжение и максимальное касательное напряжение.
9. Способ оценки эффекта применения теплозащитного покрытия турбинной лопатки по п. 1, отличающийся тем, что фактор частичной комплексной оценки теплозащитного покрытия на этапе 6 меньше 1, при этом чем меньше значение, тем хуже комплексные характеристики теплозащитного покрытия, а отрицательное значение указывает на то, что напряжение покрытия слишком большое, и теплозащитное покрытие является неэффективным.