Efektywność konwersji energii w układzie z turbiną gazową zależy od kilku czynników, spośród których szczególnie należy wyróżnić wartość temperatury gazu na wlocie do turbiny. Podnoszenie temperatury gazu wiąże się jednak z wyższą temperaturą pracy jej elementów, co jest determinowane wytrzymałością termiczną użytych materiałów. Utrzymanie na bezpiecznym poziomie temperatury metalu elementu pracującego w strefie komory spalania oraz wlotu do turbiny gazowej wymaga odprowadzania ciepła z tego elementu. Z tego względu, możliwość podnoszenia temperatury czynnika uzależniona jest m.in. od doskonalenia technik chłodzenia elementów wysokotemperaturowych. Należy pamiętać jednak, że zastosowanie chłodzenia skutkuje pewnymi negatywnymi efektami, które należy oczywiście minimalizować. W głównej mierze chodzi o naprężenia termiczne oraz, będące ich skutkiem, ograniczenie trwałości elementów chłodzonych, będące efektem nie-równomierności chłodzenia.
Zapewnienie równomierności chłodzenia wewnętrznego wiąże się z rozlokowaniem kanałów chłodzących w obszarach o najwyższej temperaturze, stosunkowo blisko brzegu łopatki. Takie działanie może być rozwiązaniem w przypadkach, gdzie główną rolę odgrywają ograniczenia termo-mechaniczne. Zapewnia ono także bardziej racjonalne wykorzystanie czynnika chłodzącego, poprzez redukcję temperatury tylko tych obszarów, które tego wymagają.
Powyższe uwagi stanowiły motywację do podjęcia prac nad optymalizacją układu chłodzenia wewnętrznego łopatek turbin gazowych. Z jednej strony, prowadzone badania zmierzały do zapewnienia jak najlepszego chłodzenia elementu, a z drugiej zaś, do takiej dystrybucji kanałów chłodzących, aby spowodować redukcję gradientów temperatury, a w konsekwencji i naprężeń termicznych.
Zagadnienia optymalizacji układów chłodzenia łopatek turbin cieplnych wiążą się zwykle ze stosunkowo dużą liczbą zmiennych decyzyjnych, jak również złożoną, niejawną i wrażliwą na niewielkie zmiany parametrów odpowiedzią analizowanego układu. Odpowiedź ta, np. w postaci temperatury, naprężeń czy innych wielkości, nie jest monotoniczna, ale charakteryzuje się dużą liczbą ekstremów, co stanowi istotny problem dla wielu metod optymalizacyjnych, opartych na podejściu gradientowym.

SPIS TREŚCI

OZNACZENIA    

Rozdział 1
WPROWADZENIE    

Rozdział 2
OCHRONA TERMICZNA ŁOPATEK    
2.1.    Materiały na łopatki    
2.2.    Powłoki ochronne    
2.3.    Chłodzenie łopatek    
2.3.1.    Chłodzenie konwekcyjne    
2.3.2.    Chłodzenie filmowe (błonowe)    
2.3.3.    Chłodzenie efuzyjne    
2.3.4.    Chłodzenie transpiracyjne    
2.3.5.    Chłodzenie strumieniowe (uderzeniowe)
2.3.6.    Złożone układy chłodzenia    
2.3.7.    Efektywność chłodzenia    

Rozdział 3
OPTYMALIZACJA UKŁADU CHŁODZENIA
3.1.    Cele optymalizacji    
3.1.1.    Minimalizacja korozji i utleniania    
3.1.2.    Wydłużenie trwałości turbiny    
3.1.3.    Maksymalizacja efektywności chłodzenia
3.1.4.    Optymalizacja obiegu    
3.2.    Ograniczenia    
3.2.1. Optymalizacja wielokryterialna    

Rozdział 4
ALGORYTMY EWOLUCYJNE    
4.1.    Istota funkcjonowania algorytmu genetycznego
4.2.    Kodowanie zmiennych    
4.2.1. Kodowanie binarne wielkości całkowitych
4.2.2.    Kodowanie binarne wielkości rzeczywistych    
4.2.3.    Kodowanie rzeczywistoliczbowe    
4.3.    Ocena przystosowania    
4.4.    Operatory genetyczne    
4.4.1.    Selekcja    
4.4.2.    Krzyżowanie    
4.4.3.    Mutacja    
4.5.    Testowanie algorytmu genetycznego    

Rozdział 5
MODELE OBLICZENIOWE    
5.1.    Modele geometryczne    
5.2.    Stan termiczny    
5.3.    Stan wytrzymałościowy    
5.4.    Model MES    
5.4.1. Dobór poziomu dyskretyzacji    
5.5.    Modelownie przepływu    
5.6.    Sprzężone zadanie cieplno-przepływowe    
5.6.1. Weryfikacja modelu sprzężonego    
5.7.    Warunki brzegowe dla analizy termicznej    
5.8.    Częściowe zadanie sprzężone    

Rozdział 6
MODELOWANIE OTWORÓW CHŁODZĄCYCH    
6.1.    Kanały chłodzące o przekroju kołowym    
6.2.    Kanały chłodzące o przekroju niekołowym    

Rozdział 7
OPTYMALIZACJA STRUKTURY KANAŁÓW CHŁODZĄCYCH - ZADANIE TERMICZNE    
7.1.    Optymalizacja termiczna    
7.1.1.    Chłodzenie powietrzne    
7.1.2.    Chłodzenie parowe    
7.1.3.    Wykorzystanie analizy sprzężonej (CHT) do zadania optymalizacji    
7.2.    Podsumowanie    

Rozdział 8
OPTYMALIZACJA UKŁADU CHŁODZENIA - ZADANIE CIEPLNO-WYTRZYMAŁOŚCIOWE    
8.1. Kanały o przekroju kołowym    
8.1.1.    Chłodzenie powietrzne    
8.1.2.    Chłodzenie parowe    
8.2.    Kanały o przekroju niekołowym
8.2.1.    Chłodzenie powietrzne    
8.2.2.    Chłodzenie parowe    
8.3.    Podsumowanie    

Rozdział 9
PODSUMOWANIE    

BIBLIOGRAFIA    
Streszczenie