Strahltriebwerke
Fragen zur VL von prof Vogeler an der TU Dresden
Fragen zur VL von prof Vogeler an der TU Dresden
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 87 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 08.02.2020 / 16.02.2020 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/20200208_strahltriebwerke
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| Intégrer |
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Erläutern Sie die folgende Gleichung für gekühlte Axilturbinenschaufeln
epsilon=(m* * eta_c)/(1+m* * eta_c)
+ def der Paramter
epsilon= Kühleffektivität, m* = Kühlluftmassenstrom, eta_c=Kühlluftwirkungsgrad
epsilon=(T_HG-T_m)/(T_HG-T_Kl1), d_T notwendig ohne Film/dT_max
m*=m_kL*cp_KL/(alpa*A)=T_HG-T_m/dT_KL, Wäremkapazität/gek. Fläche
eta_c=dT_KL/T_m-T_KL1 entspricht q_ab/q_max --> m* * eta_c = Wirkungsgrad d WÜ/max mögliche Kühlung
Welche Technologien kennen Sie, um bei hohen Gastemperaturen den Wärmestrom aus dem Heißgas
in die Schaufelwand zu begrenzen?
TBC und Filmkühlung
(+ Effektive Kanalkühlung)
Nennen und beschreiben Sie die Technologien, um ein effektives konvektives Kühlsystem zu
verwirklichen.
eta_c möglichst hoch --> =dT_KL/dT_m zu KL1 --> möglicht kalte Kühlluft (Achtung Wärmespannungen) und möglicht viel Wärme in Kühlluft aufnehmen /T_KL2 hoch)
dort Kühlen wo sinnvoll, nicht zu viel Überdruck, effizient leiten
Instrumente: Prallkühlung (beste alpha, gezielt), Turbulenzgeneratoren zum durchmischen, Multi Passage, komplexe Innengeometrien
Wie ändert sich die Strömung und der W.rmeübergang in einem rechteckigen Kanal, wenn die
Seitenwände innen einmal mit zur Strömung senkrechten Rippen und ein anderes mal mit zur
Strömung schräg angeordneten Rippen versehen werden?
Erläutern Sie Ihre Antwort mit einer Skizze.
Rippen verwirbeln Strömung, Anordnung beeinflusst Wirbelrichtung und Anzahl
generell Durch Wirbel an Berührungspunkten besserer WÜ und Strömung mal schneller mal langsamer --> gezielte WÜ Punkte
senkrecht: größere Grenzschicht, Wirbel entlang Strömung
schräg: 2 Wirbel, engegengesetzte Drehung
V: 4 Wirbel drehen nach innen (V in Richtung d Strömung) oder außen (V gegen Strömungsrichtung)
Richtung folgt schräge der Wand
Erläutern Sie die Funktionsweise der Filmkühlung.
Worauf ist zu achten?
Ausströhmende Luft kühlt Schaufeloberseite, da kein HG zu Material vordingt
Löcher groß genug (Zusetzen) und nah genug beieinander, passender Druck
Erklären Sie, warum mit dem Einsatz von Filmkühlung Kühlwirkungsgrade größer als 1 erreicht
werden können.
Def d. Gleichung --> Schaufel sieht HG Temperatur nicht --> dT_KL>T_m-T_KL1
eta_c=dT_KL/T_m-T_KL1
bzw Formel nur für konvektive Kühlung ausgelegt
Erklären Sie, warum mit dem Einsatz einer Wärmedämmschicht Kühlwirkungsgrade größer als 1
erreicht werden können.
TBC hat extrem schlechten WÜ--> Tm geht aber von Kernmaterial in Kühllungsgleichung ein
Erläutern Sie den Aufbau und die Funktion von Wärmedämmschichten.
Geben Sie Vor- und Nachteile an.
Dünne Schicht aus temperaturbeständigem aber spröden Material mit sehr schlechter WL--> Schaufel nimmt belastungen auf, TBC Wärme
Vorteile: tiefere Metalltemperaturen, geringerer Kühlluftbedarf, eringere Wärmespannungen
Nachteile: teuer, aufwändig, kann abnutzen--> sofort Totalschaden
Was sagt die Bio Zahl aus? Wie ist sie definiert?
Bi=alpha_HG*s_w/lambda_w
ähnlich zu Nusselt Zahl, vergleicht Temperaturunterschiede in Festkörper mit der in der Grenzschicht--> zeigt auf wo Verbesserung der Wärmeabfuhr sinnvoll ist
Bi>1 mehr d_t in Metall als in Grenzschicht
Wie erfolgt überschl.gig die Abschätzung des notwendigen Kühlluftbedarfs für eine GT- Schaufel zu
Beginn des Entwurfs?
Technologiegrad, Pos d Schaufel in Turbine, Material d Schaufeln, Einstufung / Vergleich mit bek Maschinen (zb Tt4 eher hoch der niedrig)
Aus Leistungsrechnung ergibt sich TT4 und Kühllufttemperaturen (T_KL1) bie passenden Drücken --> epsilon=(T_HG-T_m)/(T_HG-T_KL1) --> m*=epsilon/()eta_c(1-epsilon) mit eta_c aus Technologiestand--> m_KL=m**alpa*A/cp_L
Welchen Einfluss hat die reihenweise eingemischte Kühlluft auf stromab liegenden Turbinenstufen?
erhöhung des Massenstroms aber Abkühlung --> a ca konst
beta ändert sich --> cp anders
Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen der gewünschten Leistung einer Turbinenstufe und dem
Geschwindigkeitsdreieck, welches in der Lage ist, dieses herzustellen.
Wie ermitteln Sie das notwendige Druckgefälle für die Turbine?
a=u2*cu2-u1*cu1 --> An- und Abströmwinkel der Schaufel
d_p aus a=cp*T1*(pt3/pt2)^(R/cp+eta)-1)^(kappa/kappa-1)
Zeichnen Sie die typischen Geschwindigkeitsdreiecke für eine Turbinenlaufschaufel.
Wie bekommen Sie einen ersten Eindruck, wie Lauf- und Leitschaufel aussehen könnten?
größere Umlenkung als bei Verdichter
An und Abströmwinkel = w --> dicke Schaufel wegen WL und Kühlkanälen
Rothalphie
Erhaltungsgröße im Laufrad, konstant entlang Stromlinie wenn Wandeinflüsse vernachlässigbar
h_rot=h_t-u*c_u
= Totalenthalphie verringert um Bewegungsenergie des Absolutsystems
ähnlich Enthalpie aber im Relativsystem
Brennkammer:
Primärzone, Sekundärzone, Mischzone
Primärzone: Verbrennung annähernd stöchiometrisch, Stabilisierte Flamme im Rückstömgebiet, Brennstoffausbreitung
Sekundärzone: Luft zur Nachverbrennung, Absenkung der Temperatur
Mischzone: größte Teil der Luft eingeleitet, Temperaturabsemkung
Was ist die Aufgabe des Sekundärlustsystems? Wie ist es aufgabaut?
Versorgung der Maschinenkomponenten mit Sperr- und Kühlluft . Aufbau= Abzapfstellen an passenden (Druck) Punkten und Leitungen zu Bestimmungsort
Welche Grundelemente Des SES sind bekannt?
Rohr, Schlitz, Dichtung (Labyrinth), Wellenabdeckung, Seitenwandraum
Wie kann im SES Arbeit der Strömung hinzugefügt/ ihr entzogen werden + Beispiel?
Änderung der Umfangskomponente, Schleppwirkiung durch Grenzschicht, Erwärmung der Luft z.B. Nach innen führende Absaugung
Skizzieren Sie die Möglichkeit, durch skalieren aus einer Gasturbinenanlage mit einer Drehzahl von
50Hz- eine 60Hz- Maschine abzuleiten? Was sind die Konsequenzen?
Änderung der Drehzahl auf 60 Hz--> Ähnlichkeit soll erhalten bleiben --> Verkleinerung im Maßstab:n/n0=l0/l=Wurzel(p/p0)
Welche Auslegungsgrößen bleiben erhalten?
An^2, Drehzahl und Geometrie bleiben im Verhältnis gleich
BK bleibt kosntant
Auf Bauraum, engste Querschnitte und Wandstärken achtn
Welche Größe muss man sich unbedingt noch einmal ansehen nach dem Skalieren?
Wandstärken wegen Wärmeübergang und Hinterkanten + Bolzen, Dichtungen Wirkungsgrad
Warum haben große Turbomaschinen etwas bessere Wirkungsgrade und etwas mehr spez. Leistung als
skalierte kleine?
Weil Spalte und Toleranzen (Rauhigkeiten) oft absolut bleiben d.h. verhältnismäßig kleiner + weniger Wandfläche
Wie verhalten sich die Wärmeübergänge bei der Skalierung?
Temperaturen bleiben weitgehend gleich d.h. Wärmeübergang muss bei kleinster (geplanten) Anlage noch möglich sein
Re Zahlen ändern sich --> Nu Zahlen auch da Rest konstant --> Wü ändert sich
Was ist die Grundlage des AN2- Kriteriums und wie ist es anzuwenden?
AN2 Kriterium ist an der am Stärksten durch Zug belasteten Schaufel/Stufe zu vergleichen --> gutes Vergleichkriterium ist proportional zu Spanung aber nicht gleich da mit A0*N0^2 gebildet-> uabhängig von tats Geometrie
Erläutern Sie den Begriff Heat Rate.
= 1/eta_th == eingesetzte Energie / Leistung
Welche Komponentengruppe kann bei einer ZTL Familie skaliert oder fast gleich gehalten werden?
Warum?
Kern TW--> Strömung bleibt gleich (ähnlich) kein großer Ingenierusaufwand nötig aber durch kleine Anpassungen Leistungsänderung möglich (Fan/ Booster)
Worauf ist von Beginn der Entwicklung einer solchen ZTL- Familie zu achten?
Familiengedanke, Flugzeug/ Kraftwerk, Einsetzbarkeit/machbarkeit an größer bzw. kleinster Maschine beachten
Welche Kräfte wirken neben dem Schub auf das Flugzeug:
beim Start
beim Steigen
beim Gradeausflug
beim Start: Rollreibung, Trägheit, Wind/ Luftwiderstand beim Steigen Gravitation, Widerstand, Trägheit, Druckunterschied beim Gradeausflug: Widerstand, Winde
Welche Parameter beeinflussen die Startstrecke?
Gewicht, Umgebungstemperatur/ Druck, Feuchtigkeit, Schub, Polare
Was beeinflusst den Widerstand des Flugzeugs?
Polare, Anstellwinkel --> Flughöhe/Luftdichte
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