Fuerza de Coriolis desacoplar y rotación efectos de flotabilidad en el calor de campo completo transferencia de propiedades de un canal de rotación

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de transferencia de calor, incluyendo muchos clasificados a enfriamiento interno de las palas del rotor de turbina fundida. La principal ventaja de esta técnica son los datos de transferencia de calor de campo completo recogidos y el método de reducción de datos propuesto. Estos son capaces de revelar efectos individuales e interdependientes de los pliegues de Coriolis y flotabilidad rotativa en las propiedades locales de transferencia de calor.

Demostrando el procedimiento serán Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai y Hong-Da Shen. Tres estudiantes graduados de mi laboratorio. El protocolo requiere el uso de una plataforma giratoria que consiste en un eje accionado por un motor.

El eje impulsa una plataforma giratoria que admite un módulo de prueba. También tiene un contrapeso para el equilibrio rotacional. Una cámara infrarroja está en posición de escanear el módulo de prueba.

Las características del módulo de prueba utilizado para la recopilación de datos se muestran en este esquema de vista explosionada. Cuando se construye, el marco de teflón, las paredes laterales, los divisores y las placas superior y posterior ayudan a definir un canal pasado cuadrado con patas de entrada y salida en forma de S. La base del módulo se une a la plataforma giratoria.

Durante los experimentos, las paredes de los extremos de papel de aluminio de acero inoxidable llevan corriente para generar flujo de calentamiento. Las placas de cobre ayudan a mantener el papel de aluminio en su lugar. Una cámara Plenum de aire suministra flujo de aire presurizado a través de la base ligeramente fuera de la línea central de la pierna de entrada.

Por último, el escape de la pata de salida también pasa a través de la base. Una vez montado y en posición, la pared final de la lámina expuesta es la pared del extremo principal en la rotación. En el módulo de prueba montado, prepárese para medir la emisividad térmica.

Hay papel de calefacción colgado entre la cámara infrarroja y el módulo de prueba. Haga las conexiones eléctricas para la calefacción. Acceda al lado de la lámina más cercana al módulo de prueba.

En ese lado en el centro de la lámina instalar un termopar calibrado. A continuación, gire la atención a la cámara que mira hacia el lado de la lámina. Prepare este lado frente al termopar rociando una fina capa de pintura negra sobre él.

Ahora se emplea un gabinete para aislar la cámara en la lámina de calefacción durante la recolección de datos. Alimentar la energía eléctrica a la lámina de calentamiento para crear un campo de flujo simétrico. Una vez que el sistema está en estado estacionario, mida la temperatura por termopar y termografía infrarroja.

Repita la medición con diferentes potencias del calentador. Después de completar las mediciones, retire el termopar de la lámina. Tenga la plataforma lista para hacer pruebas de transferencia de calor.

Esto incluye equipos para presurizar el canal de prueba. Esté preparado para ajustar el peso de contrapeso para establecer el equilibrio de la plataforma. Primero verifique o establezca el equilibrio estático de la plataforma giratoria.

Una vez logrado, el rotor permanecerá en cualquier posición angular en la que esté ajustado. Para el equilibrio dinámico, inicie la rotación del equipo a la velocidad constante deseada. Comience la imagen infrarroja y vea las imágenes capturadas.

Cuando el equipo no está en equilibrio dinámico, la imagen termográfica de las mediciones no es estable. Para lograr un equilibrio dinámico, ajuste gradualmente el contrapeso. Cuando se logra el equilibrio dinámico, habrá una imagen térmica estable en las condiciones de funcionamiento.

Retire el módulo de prueba de la plataforma giratoria y lléelo a un banco. A continuación, acceda al canal de refrigerante de los módulos. Tener material de aislamiento térmico disponible, en este caso fibra aislante.

Llene el canal de refrigerante al módulo de prueba con el aislamiento térmico. Aquí, el canal se llena lo suficiente para los siguientes pasos en el protocolo. Vuelva a montar el módulo de prueba y prepárelo para volver a montarlo en el equipo.

Vuelva a conectar toda la alimentación en los cables del instrumento. Devuelva el módulo de prueba a la plataforma giratoria, aplique la potencia de calentamiento y establezca las condiciones para la medición. Supervise la temperatura de la pared con el tiempo, por lo general más de tres horas.

Las temperaturas en los dos puntos de interés de tiempo se trazan debajo de la imagen térmica. Cuando la variación de temperatura sea inferior a 0,3 Kelvin, registre la pared en temperaturas ambiente y la potencia del calentador. Realice múltiples mediciones mientras varía sistemáticamente el calentamiento, la velocidad de rotación y la dirección.

Cuando haya terminado, lleve el módulo de vuelta a un banco para extraer el material aislante antes de volver a montarlo en la plataforma. A continuación, realice la prueba de transferencia de calor con el módulo de prueba. Inicie la hoja de cálculo desarrollada para el experimento.

En las celdas adecuadas, defina los parámetros geométricos asociados con el módulo de prueba. En la configuración, inicie el flujo de refrigerante en el canal de prueba. En la hoja de cálculo, introduzca los valores medidos para las temperaturas ambientales y de fluidos, el caudal de masa de refrigerante, la presión atmosférica y la presión estática del refrigerante medida.

El software calcula el número de Reynolds y lo muestra. Si no es el número de Reynolds deseado, cambie el caudal de masa del refrigerante. A continuación, vuelva a introducir los parámetros medidos para encontrar el nuevo número de Reynolds.

Con el número de Reynolds establecido, active el sistema de termografía. A continuación, suministrar y regular la potencia de calentamiento para ajustar la temperatura de la pared. Compruebe que la temperatura ha alcanzado un estado estable en el valor predefinido verificando que el perfil de temperatura de la pared temporal es plano.

En la hoja de cálculo, introduzca la temperatura media de la pared sobre el área escaneada. También introduzca la tensión de calentamiento y la corriente de calentamiento. Para las pruebas de línea base, una vez establecidas las condiciones, guarde los datos para el procesamiento posterior.

Para la prueba de transferencia de calor giratoria continúe activando el motor para iniciar la rotación. Introduzca la velocidad de rotación del eje en la hoja de cálculo. El software determinará el número de rotación para las condiciones actuales.

Ajuste la velocidad de rotación para obtener el número de rotación objetivo. Con el fin de lograr los números de Reynolds y notación deseados en una condición de estado estacionario, puede ser necesario ajustar el caudal de refrigerante. Velocidad de rotación y calor de potencia varias veces.

Guarde todos los datos de transferencia de calor giratorios para el postprocesamiento. Continúe recopilando sistemáticamente datos para diferentes valores de los parámetros experimentales. En estas imágenes del módulo de prueba del canal S con corrientes de refrigerante en diferentes números de Reynolds hay variación espacial de los números de Nusselt debido a las fuerzas centrífugas inducidas por vórtices.

Estas gráficas reflejan las propiedades de transferencia de calor promediadas en el área sobre las paredes finales iniciales y finales del módulo de canal S. La rotación a la relación de números nusselt estática en función del número de flotabilidad va de abajo a uno superior para la pared de borde delantero. Para el muro de borde final, la relación nunca está por debajo de uno.

Tenga en cuenta que para el número de rotación fijo y los diferentes números de Reynolds, los números de Nusselt normalizados varían en un rango pequeño. Los diferentes tipos de canales tienen un comportamiento diferente. Para un número de rotación dado, la extrapolación a la flotabilidad cero da el nivel de transferencia de calor debido a las fuerzas de Coriolis con flotabilidad de fuga para la pared principal.

Un análisis similar funciona para el muro final. Aquí está la variación de la rotación a la relación de números nusselt estático en la flotabilidad de fuga en función del número de rotación para diferentes geometrías de canal. Los datos revelaron los efectos de fuerza de Coriolis desacoplados en el área promediada propiedades de transferencia de calor de las paredes finales del borde inicial y final.

Estos datos demuestran el impacto del número de flotabilidad en las propiedades de transferencia de calor de un canal giratorio depende del número de rotación. Por lo tanto, este método puede proporcionar información sobre el rendimiento de refrigeración del canal giratorio dentro de una hoja de rotor de turbina fundida. También se puede aplicar a otros sistemas como la refrigeración amature del motor de núcleo rico.

Generalmente, los individuos nuevos en este método o ciclo porque la medición de transferencia de calor de una superficie giratoria es difícil. Una vez masterada, esta técnica se puede hacer en 100 horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar comprobar constantemente si hay fugas de flujo de refrigerante.

Después de su desarrollo, esta técnica allana el camino para que los investigadores en el campo del motor de turbina fundida exploren las distribuciones de números de Nusselt de campo completo en las palas del rotor. Después de ver este video, usted debe tener una buena comprensión de cómo desacoplar los efectos de los pliegues de Coriolis y flotabilidad giratoria en agentes de campo completo para las propiedades de los canales giratorios y aplicaciones para fundir las palas del rotor de la turbina.