PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
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Master's Dissertation 2016

Utilização de técnicas 1D no projeto e análise de desempenho de uma turbina axial considerando técnicas de resfriamento de pás

Author

Vitor Alexandre Carlesse Martins

Advisor

Concentration Area

Aerodinâmica, Propulsão e Energia

Defense Date

15/06/2016

Thesis Number

71829

Abstract

Tendo por base a teoria de turbinas axiais, este trabalho inicialmente apresenta uma proposta de projeto preliminar de estágio de turbina axial de motor tipo turbina a gás voltado para a aplicação aeronáutica. A ferramenta utilizada com vistas a desenvolver tal projeto é um programa comercial que se utiliza de métodos unidimensionais para cálculos do escoamento em diferentes alturas da pá. Uma vez elaborado este projeto, por meio desta ferramenta, é realizada uma análise inicial da turbomáquina no ponto de projeto e fora do ponto de projeto. A mesma turbina projetada é analisada, de forma similar, utilizando-se uma ferramenta computacional, in-house, de projeto e cálculo de desempenho de turbinas axiais escrita em linguagem FORTRAN no Departamento de Turbomáquinas do ITA. Com o intuito de aumentar a temperatura de entrada da turbina (TET), utilizando no projeto inicial tecnologias de resfriamento de pás, foram implementadas novas sub-rotinas no programa in-house de modo a tornar possível uma melhor predição no cálculo das características de operação da turbina devido a inclusão do resfriamento. A metodologia utilizada é baseada no método denominado TOTLOS, incialmente proposto por HARTSEL (1972), que é bastante adequado para cálculos computacionais de perdas por resfriamento por filme, além dos métodos de perdas já programados sem o caso de resfriamento como o proposto por KACKER e OKAPUU (1982). Dessa maneira, para se atingir TET de 1425K no projeto, são incorporadas técnicas de resfriamento por filme tanto na grade do estator quando na grade rotora. O mapa de operação para esta temperatura é gerado, considerando resfriamento, e o mesmo é incorporado como uma biblioteca em um programa de cálculo de desempenho do motor em software computacional, in-house, desenvolvido no Departamento de Turbomáquinas do ITA, (BRINGHENTI, 1999). Este estudo permite analisar o desempenho do motor em uma ampla faixa de operação. Por fim, um aumento quantitativo de empuxo no motor e potência do estágio é apresentado para este novo caso de simulação.

Keywords

Turbinas axiais Turbinas a gás Propulsão Escoamento Turbomáquinas Engenharia mecânica