ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Х РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ВЕЩЕСТВ УДК 621.438: 536.24 ТЕМПЕРАТУРА МНОГОСЛОЙНОГО МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО ТЕРМОБАРЬЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРФOРИРОВАННОЙ СТЕНКЕ Трушин В.А. Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа, E-mail: [email protected] При создании новых авиационных двигателей все более широко применяются металлокерамические термобарьерные покрытия на таких деталях, как жаровые трубы камер сгорания и перфорированные лопатки первых ступеней турбин. В качестве керамики используются двуокись циркония ZrO2, окись иттрия Y2O3, двуокись церия CeO2, а в качестве арматуры – материал защищаемой стенки. Для стали ЖС6-К коэффициент теплопроводности λ в зависимости от температуры Т определяется формулой [1] (для металла индекс m) λm = 8.41+0.0186 T оC = am+bm T оC, (1) а для смеси двуокиси циркония ZrO2, с окисью иттрия Y2O3 (для неметалла индекс n) формулой (2) λn = 0.8+0.001 T оC = an+bn T оC , Рассмотрена перфорированная стенка одной стороны охлаждаемой лопатки турбины из стали ЖС6-К толщиной S=0.002м с покрытием толщиной ∆=0.001м. Высота пояса стенки равна шагу между отверстиями перфорации. Диаметр сквозного отверстия в стенке и продольного в перегородке d =0.0004м. Покрытие пятислойное с толщиной каждого слоя 0,0002м. Нумерация слоев начинается от поверхности защищаемой стенки. Ниже представлены массовые доли металла и неметалла по слоям gm1=1; gm2=0.75; gm3=0.5; gm4=0.25; gm5=0; gn1=0; gn2=0.25; gn3=0.5; gn4=0.75; gn5=1; Коэффициент теплопроводности в i-м слое покрытия определялся как [2] λi(T)= gmi am+ gni an+( gmi bm+ gni bn)T 403(1234) 199(1170) 130(1151) 93(1139) 71(1131) 404(1208) 200(1141) 132(1121) 96(1110) 74(1103) (3) 250(1113) 212(1059) 189(1047) 172(1042) 159(1038) 41 41 147 49 (1090) 39 135 94 (1063) 59 138 ∆ S Ta=600о C Рис. 1.Распределение температур в стенке (сквозное отверстие- справа) Принятые для расчетов параметры следующие: температура рабочего газа Tf =2000о C c коэффициентом теплоотдачи от газа к стенке α=1500Вт/м2К, температура охлаждающего воздуха Ta=6000C c коэффициентом теплоотдачи αa=1000Вт/м2К. Температура воздуха в отверстиях стенки и перегородки Tp=700о C c коэффициентом теплоотдачи αp=1300Вт/м2К. Исследовано прогревание стенки и покрытия от их начальной температуры T0 =20о C. Расчет велся методом элементарных балансов при разбиении стальной стенки в трех слоях на треугольные элементы, а пяти слоев покрытия - на четырехугольные. Казанский государственный технологический университет. Ул. К. Маркса, 68. г. Казань 420015. ____________________ 131 2 СЕКЦИЯ: СВОЙСТВА ПЕРЕНОСА На рис.1 представлены значения температур в покрытии и в стенке через 0.23 с. после начала прогревания (в скобках температуры установившегося режима) Tf =2000о C. Из рисунка видно, что перфорация существенно уменьшает не только уровни температур в системе, но и значения градиентов температур в ней, что благоприятно для исключения возможного отслоения термобарьерного покрытия от охлаждаемой стенки. Литература [1] Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1991. 512 с. [2] Трушин В.А. Теплопроводность многослойных металлокерамических покрытий деталей ГТД. Вестник УГАТУ № 1(3). 2001. C. 174-180. 132 ____________________________ http://www.kstu.ru ____________________ E-mail: [email protected] ________________