10.14489/hb.2025.08.pp.062-067

2025, 08 август (August)

DOI: 10.14489/hb.2025.08.pp.062-067

Осипов А. В., Дорошенков А. Н., Андросов А. Ю., Ивашов Р. А.
«ВИХРЕВОЙ» СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА КАК ОДИН ИЗ СПОСОБОВ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
(с. 62-67)

Аннотация. Охлаждение лопаток газовых турбин остается на сегодняшний день одной из актуальных проблем. Продолжительное воздействие высокотемпературного газового потока на лопатки приводит к снижению их надежности и долговечности, поэтому существует множество различных способов, позволяющих эффективно охладить сопловые и рабочие лопатки высокотемпературных газовых турбин. Одним из методов повышения интенсификации теплообмена в лопатках является применение «вихревого» способа, который позволяет повысить эффективность охлаждения лопаток. Рассмотрена конструкция компланарных и решетчатых каналов, выделены их основные преимущества и недостатки, а также описана структура потока, протекающего в них. Применение компланарных каналов и решетчатых конструкций в лопатках газовых турбин способствует турбулизации потока охлаждающего воздуха, позволяет увеличить площадь поверхности теплообмена, а также способствует повышению прочности лопаток.

Ключевые слова: газовая турбина; лопатка газовой турбины; компланарные каналы; решетчатые конструкции; эффективность охлаждения лопаток газовых турбин.

Osipov A. V., Doroshenkov A. N., Androsov A. Yu., Ivashov R. A.
THE “VORTEX” METHOD OF HEAT EXCHANGE INTENSIFICATION AS ONE OF THE WAYS TO COOL THE BLADES OF GAS TURBINES
(pp. 62-67)

Abstract. The cooling of the blades of gas turbines remains one of the most pressing problems today. Prolonged exposure to high-temperature gas flow on the blades reduces their reliability and durability, so there are many different ways to effectively cool the nozzle and impeller blades of high-temperature gas turbines. One of the methods of increasing the intensification of heat exchange in the blades is the use of a “vortex” method, which allows to increase the cooling efficiency of the blades. This article examines the design of coplanar and lattice channels, highlights their main advantages and disadvantages, and describes the structure of the flow flowing in them. The use of coplanar channels and lattice structures in the blades of gas turbines contributes to the turbulence of the cooling air flow, increases the surface area of heat exchange, and also helps to increase the strength of the blades.

Keywords: Gas turbine; Gas turbine blade; Coplanar channels; Lattice structures; Cooling efficiency of gas turbine blades.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. В. Осипов, А. Н. Дорошенков, А. Ю. Андросов, Р. А. Ивашов (Брянский государственный технический университет, Брянск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. V. Osipov, A. N. Doroshenkov, A. Yu. Androsov, R. A. Ivashov (Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Du W., Luo L., Jiao Y., et al. Heat transfer in the trailing region of gas turbines. A state-of-the-art review // Applied Thermal Engineering. 2021. Vol. 199. No. 9. P. 1–31. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2021.117614
2. Tsuru T., Morozumi R., Takeishi K. Study on Thermofluid Characteristics of a Lattice Cooling Channel // International Journal of Gas Turbine, Propulsion and Power Systems. 2020. Vol. 11, No. 1. P. 1–8.
3. Пелевин Ф. В., Ильинская О. И., Орлин С. А. Применение компланарных каналов в технике // Вестник ПНИПУ. 2014. № 37. С. 71–85.
4. Luo L., Du W., Liu J., et al. Thermal performance in latticework ducts with various endwall shapes for aero-craft turbine cooling // Aerospace Science and Technology. 2022. Vol. 126. No. 4. P. 1–9.
5. Taek Oh. I., Min Kim K., Hyun Lee D., et al. Local Heat/Mass Transfer and Friction Loss Measurement in a Rotating Matrix Cooling Channel // J. of Heat Transfer. 2012. Vol. 134, No. 1. P. 1–9. DOI: 10.1115/1.4004853.
6. Choi S. M., Minho Bang, Seuong Y. K., et al. Numerical Simulation of Effect of Various Rib Configurations on Enhancing Heat Transfer of Matrix Cooling Channel // International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering. 2017. Vol. 11, No. 12. P. 1897–1901.
7. Bu S., Yang Z., Zhang W., et al. Research on the thermal performance of matrix cooling channel with response surface methodology // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 109, No. 8. P. 75–86. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.08.005
8. Hosseinalipour S.M., Afkari P., Shahbazian H., et al. A numerical framework for heat transfer and pressure loss estimation of matrix cooling geometry in stationary and rotational states // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2019. Vol. 76, No. 6. P. 1–21. DOI: 10.1080/10407782.2019.1630236
9. Siddappa P. G., Siva Sankara Reddy. R., Mallikarjun U. S. Matrix cooling configuration: a computational study // International Journal of Mechanical and Production Engineering. 2014. Vol. 2, No. 9. P. 1–5. ISSN: 2320-2092.

Eng

1. Du, W., Luo, L., Jiao, Y., et al. (2021). Heat transfer in the trailing region of gas turbines: A state-of-the-art review. Applied thermal engineering, 199(9), 1–31. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117614
2. Tsuru, T., Morozumi, R., & Takeishi, K. (2020). Study on thermofluid characteristics of a lattice cooling channel. International journal of gas turbine, propulsion and power systems, 11(1), 1–8.
3. Pelevin, F. V., Ilinskaya, O. I., & Orlin, S. A. (2014). Application of coplanar channels in engineering. Vestnik PNIPU, (37), 71–85. [in Russian language]
4. Luo, L., Du, W., Liu, J., et al. (2022). Thermal performance in latticework ducts with various endwall shapes for aircraft turbine cooling. Aerospace Science and Technology, 126(4), 1–9.
5. Oh, I. T., Kim, K. M., Lee, D. H., et al. (2012). Local heat/mass transfer and friction loss measurement in a rotating matrix cooling channel. Journal of heat transfer, 134(1), 1–9. https://doi.org/10.1115/1.4004853
6. Choi, S. M., Bang, M., Seuong, Y. K., et al. (2017). Numerical simulation of effect of various rib configurations on enhancing heat transfer of matrix cooling channel. International journal of mechanical and mechatronics engineering, 11(12), 1897–1901.
7. Bu, S., Yang, Z., Zhang, W., et al. (2016). Research on the thermal performance of matrix cooling channel with response surface methodology. Applied thermal engineering, 109(8), 75–86. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.005
8. Hosseinalipour, S. M., Afkari, P., Shahbazian, H., et al. (2019). A numerical framework for heat transfer and pressure loss estimation of matrix cooling geometry in stationary and rotational states. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 76(6), 1–21. https://doi.org/10.1080/10407782.2019.1630236
9. Siddappa, P. G., Reddy, R. S. S., & Mallikarjun, U. S. (2014). Matrix cooling configuration: A computational study. International journal of mechanical and production engineering, 2(9), 1–5.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2025.08.pp.062-067

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2025.08.pp.062-067

and fill out the form