解耦科里奥利力和旋转浮力对旋转通道全场传热性能的影响

该方法有助于回答传热领域关键问题，包括许多额定到内部冷却的涡轮转子叶片。该技术的主要优点是采集了全场传热数据和建议的减数据方法。这些能够揭示科里奥利折叠和旋转浮力对局部传热特性的单独和相互依存的影响。

演示程序将是余国清，蔡伟玲和洪大申。我实验室的三个研究生该协议要求使用由电机驱动的轴组成的旋转钻机。

轴驱动支持测试模块的旋转平台。它还具有旋转平衡的配重。红外摄像机可扫描测试模块。

此分解视图示意图中描述了用于数据收集的测试模块的功能。构造时，Teflon 框架、侧壁、分隔板以及顶部和背面板有助于定义具有 S 形入口和出口支脚的方形两个过去通道。模块底座连接到旋转平台。

在实验中，不锈钢箔端壁携带电流产生加热助焊剂。铜板有助于将铝箔放置到位。空气孔室提供压力气流通过基地稍微远离入口腿的中心线。

最后，来自出口腿的排气也通过底座。一旦组装并到位，外露箔端壁是旋转中的前端壁。在安装的测试模块上，准备测量热发射率。

红外摄像机和测试模块之间有加热箔。建立用于加热的电气连接。访问离测试模块最近的铝箔侧面。

在铝箔中心的那一侧安装校准的热电偶。接下来将注意力转向摄像机对面的箔面。将一层薄薄的黑色油漆喷洒到热电偶对面的此侧，准备此侧。

现在，在数据收集过程中，使用外壳将摄像机隔离在加热箔中。将电力馈送至加热箔，以形成对称流场。一旦系统处于稳定状态，通过热电偶和红外热成像测量温度。

使用不同的加热器电源重复测量。完成测量后，从铝箔上取下热电偶。准备好钻机进行传热测试。

这包括用于加压测试通道的设备。准备好调整平衡重量，以建立钻机的平衡。首先验证或建立旋转钻机的静态平衡。

一旦实现，转子将保持在它设置的任何角度位置。对于动态平衡，以所需的恒定速率启动钻机旋转。开始红外成像并查看捕获的图像。

当钻机未保持动态平衡时，测量中的热图图像不稳定。要达到动态平衡，逐步调整配重。当实现动态平衡时，在运行条件下将有一个稳定的热图像。

从旋转钻机上卸下测试模块，并将其安装到长凳上。接下来访问模块冷却液通道。有保温材料可用，在这种情况下绝缘纤维。

用隔热材料将冷却液通道填充到测试模块。在这里，通道已足够填充，以完成协议中的下一步操作。重新组装测试模块，并准备重新安装钻机。

重新连接仪器电缆中的所有电源。将测试模块返回到旋转钻机，施加加热电源并设置测量条件。监测墙温，通常超过三个小时。

两个时间点的温度绘制在热图像下方。当温度变化小于 0.3 开尔文时，记录墙壁的环境温度和加热器功率。进行多次测量，同时系统地改变加热、转速和方向。

完成操作后，将模块带回工作台上，在再次将其安装在钻机上之前，先将其拆下绝缘材料。接下来，使用测试模块执行传热测试。开始为实验开发的电子表格。

在相应的单元格中，定义与测试模块关联的几何参数。设置时，启动冷却液流进入测试通道。在电子表格中，输入环境和流体温度、冷却液质量流速、大气压力和测量冷却液静态压力的测量值。

软件计算雷诺数字并显示它。如果它不是所需的雷诺数，则更改冷却液质量流速。然后重新输入测量参数以查找新的雷诺数。

建立雷诺编号后，激活热成像系统。接下来，供应和调节加热功率，以设置墙壁温度。通过验证时壁温度剖面是否平坦，检查温度是否达到预定义值的稳定状态。

在电子表格中，输入扫描区域的平均壁温。还要输入加热电压和加热电流。对于基线测试，设置条件后保存数据以进行后期处理。

对于旋转传热测试，通过激活电机开始旋转继续。在电子表格中输入轴的旋转速度。软件将确定当前条件的旋转编号。

调整旋转速度以获取目标旋转编号。为了在稳定状态条件下实现所需的雷诺和符号数，可能需要微调冷却液流速。转速和加热功率数次。

保存所有旋转的传热数据以进行后期处理。继续系统地收集实验参数不同值的数据。在这些具有不同雷诺数的冷却液流的 S 通道测试模块的图像中，由于涡流引起的离心力，Nusselt 数存在空间变化。

这些图反映了 S 通道模块前导和尾随端壁上的平均传热性能。旋转到静态 Nuselt 编号比作为浮力编号的函数从下面到上方一个前缘壁。对于后缘壁，比率永远不会低于 1。

请注意，对于固定的旋转编号和不同的雷诺数，规范化的 Nuselt 数字在小范围内变化。不同的通道类型有不同的行为。对于给定的旋转数，外推到零浮力会由于前壁浮力消失的科里奥利力而产生传热水平。

类似的分析适用于后墙。以下是在消失浮力时旋转到静态 Nuselt 数比的变化，作为不同通道几何的旋转编号的函数。数据显示，未耦合的科里奥利力对前缘和后缘端壁区域平均传热特性的影响。

这些数据表明浮力数对旋转通道传热特性的影响取决于旋转数。因此，该方法可以深入了解铸轮转子叶片内旋转通道的冷却性能。它也可以应用于其他系统，如富芯电机的月化冷却。

通常，由于从旋转表面进行传热测量非常困难，因此对此方法或循环的个体进行新测量。一旦掌握，这项技术可以在100小时内完成，如果它执行得当。在尝试此步骤时，必须记住不断检查冷却液流量是否泄漏。

开发后，该技术为铸轮机发动机领域的研究人员探索转子叶片中Nuselt编号分布的全领域铺平了道路。观看此视频后，您应该清楚地了解如何在旋转通道和涡轮转子叶片的旋转通道和应用中解开科里奥利斯折叠和旋转浮力的耦合效果。