Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
[106190] Artykuł: Cauchy type nonlinear inverse problem in a two-layer area(Nieliniowe zagadnienie odwrotne typu Cauchy'ego w obszarze dwuwarstwowym)Czasopismo: International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow Tom: 31, Zeszyt: 8, Strony: 1-19 ISSN: 0961-5539 Opublikowano: Lipiec 2021 Liczba arkuszy wydawniczych: 1.00 Autorzy / Redaktorzy / Twórcy Grupa MNiSW: Publikacja w czasopismach wymienionych w wykazie ministra MNiSzW (część A) Punkty MNiSW: 100 Pełny tekst DOI Słowa kluczowe: Problem typu Cauchyego  Zagadnienie odwrotne przewodzenia ciepła  Równanie bilansu energetycznego  Łopatka turbiny  Powierzchnia dwuwarstwowa  Keywords: Cauchy type problem  Inverse heat conduction problem  Energy balance equation  Turbine blade  Two-layer area  |
Cel
W celu zmniejszenia obciążenia cieplnego łopatki turbiny gazowej jej powierzchnia pokryta jest zewnętrzną warstwą ceramiki o wysokiej odporności termicznej. Istotą problemu jest dobór ceramiki o tak niskim współczynniku przewodzenia ciepła i grubości, aby nie przekraczać dopuszczalnej temperatury metalu na styku metal-ceramika ze względu na utratę właściwości mechanicznych.
Projekt / metodologia / podejście
Dlatego dla zadanych zmian temperatury w czasie na styku metal-ceramika, zmian temperatury w czasie na wewnętrznej stronie ostrza oraz założonej temperatury początkowej, należy wyznaczyć zmianę temperatury w czasie na zewnętrznej powierzchni ceramiki. Przedstawiony w ten sposób problem jest problemem typu Cauchy'ego. Analizując problem, bierze się pod uwagę, że właściwości termofizyczne metalu i ceramiki mogą zależeć od temperatury. Ze względu na cienką warstwę ceramiki w stosunku do grubości ścianki problem rozpatrywany jest w obszarze w warstwie płaskiej. W związku z tym rozważany jest jednowymiarowy niestacjonarny przepływ ciepła.
Wyniki
Zbadano zakres stabilności problemu Cauchy'ego w funkcji kroku czasowego, grubości ceramiki oraz właściwości termofizyczne metalu i ceramiki. Obliczenia numeryczne obejmowały również wpływ zaburzeń temperatury na granicy faz metal-ceramika na rozwiązanie problemu odwrotnego.
Praktyczne implikacje
Model obliczeniowy można wykorzystać do analizy przepływu ciepła w łopatkach turbiny gazowej z barierą termiczną.
Oryginalność / wartość
W literaturze przedstawiono szereg zagadnień odwrotnych tego typu, które są rozważane w artykule. Zagadnienia odwrotne, zwłaszcza te typu Cauchy'ego, są źle uwarunkowane numerycznie, co oznacza, że niewielka zmiana danych wejściowych może skutkować znacznymi błędami rozwiązania. W takim przypadku potrzebna jest regularyzacja odwrotnego problemu. Przedstawiony w artykule problem Cauchy'ego nie wymaga jednak regularyzacji.
Purpose
In order to reduce the heat load of a gas turbine blade, its surface is covered with an outer layer of ceramics with high thermal resistance. The essence of the problem is the selection of ceramics with such a low heat conduction coefficient and thickness, so that the permissible metal temperature is not exceeded on the metal-ceramics interface due to the loss of mechanical properties.
Design/methodology/approach
Therefore, for given temperature changes over time on the metal-ceramics interface, temperature changes over time on the inner side of the blade and the assumed initial temperature, the temperature change over time on the outer surface of the ceramics should be determined. The problem presented in this way is a Cauchy type problem. When analyzing the problem, it is taken into account that thermophysical properties of metal and ceramics may depend on temperature. Due to the thin layer of ceramics in relation to the wall thickness, the problem is considered in the area in the flat layer. Thus, a one-dimensional nonstationary heat flow is considered.
Findings
The range of stability of the Cauchy problem as a function of time step, thickness of ceramics and thermophysical properties of metal and ceramics are examined. The numerical computations also involved the influence of disturbances in the temperature on metal-ceramics interface on the solution to the inverse problem.
Practical implications
The computational model can be used to analyze the heat flow in gas turbine blades with thermal barrier.
Originality/value
A number of inverse problems of the type considered in the paper are presented in the literature. Inverse problems, especially those Cauchy-type, are ill-conditioned numerically which means that a small change in the inputs may result in significant errors of the solution. In such a case, regularization of the inverse problem is needed. However, the Cauchy problem presented in the paper does not
require regularization.