Name: Découplante Force de Coriolis et rotation effets de flottabilité sur plein champ thermique transfert des propriétés d’un canal rotatif (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Découvrez une méthode expérimentale pour découpler les effets de la force de Coriolis et de la flottabilité rotative sur le transfert thermique dans un canal rotatif. Cette technique révèle les contributions individuelles pour optimiser le refroidissement des aubes de turbine.

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Le présent travail de recherche a été financièrement parrainé par le ministère de la Science et la technologie de Taiwan au titre de la subvention NSC 94-2611-E-022-001, NSC 95-2221-E-022-018, NSC 96-2221-E-022-015MY3 et NSC 97-2221-E-022-013-MY3.

Remarque : Les détails des installations d’essai, d’acquisition de données, traitement des données et le module de test de transfert de chaleur émulant un canal de refroidissement interne d’une pale de rotor de turbine à gaz en rotation sont dans nos précédents travaux29,30,31 ,,32.
1. préparation des Tests de transfert de chaleur
<ol><li>Formuler les conditions expérimentales en termes Re, Ro et Bu aux conditions d’opération ciblée d’une pale de rotor de turbine à gaz.</li>
	<li>Déterminer les N, P, d, Ret Tw - Tb nécessaire pour acquérir les testé Re, Ro et Bu à l’aide des équations (14) et (15).</li>
	<li>Redéfinir le ciblage Re, Ro et Bu si N, P, d, Ret Tw - Tb dépasse la limite des installations expérimentales.</li>
	<li>Concevoir et construire le module de test de transfert de chaleur à l’échelle émulant un canal de liquide de refroidissement interne pratique dans une turbine à gaz rotor blade2.</li>
</ol>2. détermination du Coefficient d’émissivité thermique pour système de thermographie infrarouge
<ol><li>Installer le thermocouple étalonné sur la face arrière de la feuille scannée de chauffage en acier inoxydable.</li>
	<li>Vaporiser une fine couche de peinture noire sur la feuille d’acier inoxydable chauffage scannée par la caméra infrarouge.</li>
	<li>Créer des champs de débit symétrique sur les deux côtés de la feuille de chauffage en acier inoxydable en plaçant une feuille d’acier inoxydable mince verticale dans un espace avec la libre circulation convective au-dessus des deux côtés de la feuille de chauffage vertical.</li>
	<li>Alimentez le chauffage électrique par le biais de la grille de chauffage et de mesurer simultanément les températures par thermocouple et infrarouge système de thermographie de l’écran de l’ordinateur à l’état stable.</li>
	<li>Répétez l’étape 2.4 en utilisant au moins quatre fois élevée des puissances de chauffage. S’assurer que les températures de mur correspondant aux puissances chauffage utilisés par étapes 2.3 et 2.4 couvrent la gamme Tw déterminée par étape 1.2.</li>
	<li>Calculer les valeurs de Twanalysés par le système de thermographie infrarouge à l’aide d’un certain nombre de coefficients d’émissivité thermique sélectif pour le programme qui convertit les signaux infrarouges en données sur la température.</li>
	<li>Comparer les données de Tw mesurées par le thermocouple étalonné et le système de thermographie infrarouge à l’emplacement correspondant à la tache de thermocouple avec les écarts évalués.</li>
	<li>Sélectionnez le coefficient d’émissivité thermique avec l’écart minimal déterminé par étape 2.7.</li>
	<li>Déterminer l’erreur de précision maximale pour le système de thermographie infrarouge à l’aide du coefficient d’émissivité thermique déterminé par étape 2.8.</li>
</ol>3. dynamic Balance des Rig en rotation
<ol><li>Installez le module de test de transfert de chaleur, la caméra infrarouge, l’armature enveloppante et tous les accessoires sur la plate-forme tournante.</li>
	<li>Ajuster le poids équilibrage progressivement jusqu'à ce que l’état de fonctionnement de la plate-forme rotative respecte la limite de vibration pour les mesures thermographiques infrarouges exposer l’image thermique stable sur l’écran de l’ordinateur.</li>
</ol>4. évaluation des Coefficients de perte de chaleur
<ol><li>Remplir le canal de liquide de refroidissement de la module de test de transfert de chaleur avec le matériau d’isolation thermique.</li>
	<li>Installer le module de test rempli sur le banc d’essai de rotation mise en place le module de test sur la plate-forme tournante et branchez l’alimentation du chauffe-eau et tous les câbles instrumentales.</li>
	<li>Activer le système d’acquisition de données pour analyser le temporal variation Tw à une puissance de chauffage jusqu'à ce que la condition de l’état d’équilibre est respectée. Veiller à ce que le temporel Tw variations au cours de plusieurs balayages successifs sont moins +0,3 K à chaque État de l’état stationnaire.</li>
	<li>Consigner la puissance de chauffe, équilibre Tw données et la température ambiante correspondante, T∞.</li>
	<li>Répétez les puissances de chauffage différentes étapes 4.3 et 4.4 en utilisant au moins cinq fois à une vitesse de rotation fixe.</li>
	<li>Répétez les étapes 4.2-4.4 au moins cinq vitesses de rotation. Veiller à ce que la gamme de contrôle de la vitesse de rotation couvre toutes les valeurs de N , déterminées par l’étape 1.2.</li>
	<li>Répétez les étapes 4.3 à 4.6 avec un sens de rotation inversé.</li>
	<li>Construire les parcelles des flux de perte de chaleur contre la différence de mur-à température ambiante à chaque vitesse de rotation.</li>
	<li>Corrélation entre les coefficients de perte de chaleur comme les fonctions de différence de température mur-à-ambient, tournant à vitesse et sens de rotation.</li>
	<li>Incorporer la corrélation de perte de chaleur dans le programme de processus de données post pour la comptabilité des Nu .</li>
</ol>5. Tests de transfert de chaleur base
<ol><li>Effectuer des tests de transfert de chaleur dans le ciblage des nombres de Reynolds à zéro vitesse de rotation (Ro = N = 0) en se nourrissant des flux de liquide de refroidissement et de puissances de chauffage pour le module de test. S’assurer que le débit massique du liquide de refroidissement fourni est constamment ajusté afin de contrôler le nombre de Reynolds à l’avion d’entrée de flux à la valeur de ciblage.</li>
	<li>Enregistrer toutes les données brutes pertinentes, dont les températures de paroi de l’état stationnaire, températures du fluide, puissances de chauffage, pressions de flux et ambiantes pressions et des températures, pour traitement ultérieur de données.</li>
	<li>Évaluer le nombre de Nusselt local et zone moyenne (Nu0) sur les parois du canal statique numérisée.</li>
</ol>6. rotation des Tests de transfert de chaleur
<ol><li>Installez le programme en ligne de surveillance pour surveiller les conditions d’essai au ciblage Re et Ro.</li>
	<li>Nourrir le débit massique du liquide de refroidissement mesurée, débit pression, rotation de vitesse et température du fluide à l’entrée du chenal dans le programme de surveillance pour calculer l’instant Re et Ro.</li>
	<li>Enregistrer toutes les données brutes nécessaires, comme la rotation vitesse, puissance de chauffage, d’air et pressions ambiantes, ainsi que les températures de paroi et fluide pour traitement ultérieur de données après que la condition d’équilibre prédéfinie est satisfaite.</li>
	<li>Répétez les étapes 6.2 et 6.3 au moins quatre croissant ou décroissant des puissances de chauffage à un ensemble fixe de Re et de Ro. S’assurer que le test Re et Ro relèvent de ±1 % différences avec les valeurs de ciblage en ajustant la vitesse de rotation, le débit massique du liquide de refroidissement ou les deux.</li>
	<li>Veiller à ce que les tests de transfert de chaleur à chaque ensemble de fixe Re et Ro avec des puissances de chauffage différentes sont effectuées en continu comme le développement des flux de flottabilité induite est associé à le « histoire » de l’évolution des flux.</li>
	<li>Répétez les étapes 6.4 et 6.5 avec quatre ou cinq ciblage nombres de Reynolds (Re) à un nombre fixe de rotation (Ro). S’assurer que la vitesse de rotation est correctement ajustée à chaque essai Re pour contrôler les valeurs de ciblage dans les différences de ±1 % Re et Ro .</li>
	<li>Répétez l’étape 6,6 à l’aide de quatre ou cinq ciblant les numéros de rotation (Ro).</li>
	<li>Répétez les étapes 6.2 à 6.7 avec sens de rotation inversé.</li>
	<li>Évaluer le nombre de Nusselt local et zone moyenne (Nu) sur les parois du canal tournante numérisée à l’aide d’un programme de traitement de données post.</li>
</ol>7. contrôle parametric Analysis
<ol><li>Corrélation entre les numéros de Nusselt zone moyenne (Nu0) provenant de la chaîne statique dans les fonctions du nombre de Reynolds.</li>
	<li>Évaluer le plein champ local Nu/Nu0 rapports à chaque fixe Re et Ro testé avec la zone moyenne Nu/Nu0 ratios calculés.</li>
	<li>Vérifier l’applicabilité de l’isolement Re effet en traçant le local et zone moyenne Nu/Nu0 rapports obtenus avec différentes Re mais à identiques Ro.</li>
	<li>Divulguer les impacts isolés des tournantes flottabilité sur des propriétés de transfert thermique de la chaîne de test tournante en traçant la zone moyenne Nu/Nu0 rapports recueillis à la même Ro avec différentes Re contre Bu ou densité ratio (Δρ/ρ). Assurer la sélection préférable de Bu ou Δρ/ρ pour construire ce type de terrain pour l’obtention de la tendance des données cohérentes avec une structure simple et fonctionnelle pour la chaleur de transfert corrélation.</li>
	<li>Extrapoler chaque Nu/Nu0 tendance de données recueillies à un fixe Ro mais différentes Re dans la condition restrictive de Bu→0 ou Δρ/ρ→0.</li>
	<li>Recueillir tous les extrapolée Nu/Nu0 résultats ayant Bu→0 ou Δρ/ρ→0 à toutes les testés Ro.</li>
	<li>Tracer le extrapolée Nu/Nu0 résultats avec interaction flottabilité disparu contre Ro de divulguer la déboîter Coriolis force effets sur les propriétés de transfert de chaleur.</li>
	<li>Corréler les résultats recueillis par étapes 7.4 et 7.7 dans les fonctions de Ro et Bu.</li>
</ol>

<ol><li>Morris, W. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMorris%2C+WD+%22Heat+transfer+and+fluid+flow+in+rotating+coolant+channels%22">Heat transfer and fluid flow in rotating coolant channels</a>. , John Wiley and Sons. ISBN 0471101214(1981).</li>
<li>Morris, W. D. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/PIME_PROC_1996_210_008_02">A rotating facility to study heat transfer in the cooling passage of turbine rotor blades.</a> Journal of Power and Energy. 210 (1), 55-63 (1996).</li>
<li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Graziani, R. A., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1463664">Heat transfer in rotating passages with smooth walls and radially outward flow.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 113 (1), 42-51 (1991).</li>
<li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Kopper, F. C. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1463797">Heat transfer in rotating serpentine passages with smooth walls.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 113 (3), 321-330 (1991).</li>
<li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Steuber, G. D., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1464168">Heat transfer in rotating serpentine passages with trips normal to the flow.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 114 (4), 847-857 (1992).</li>
<li>Johnson, B. V., Wagner, J. H., Steuber, G. D., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=2174407">Heat transfer in rotating serpentine passages with selected model orientations for smooth or skewed trip walls.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 116 (4), 738-744 (1992).</li>
<li>Hwang, G. J., Tzeng, S. C., Mao, C. P., Soong, C. Y. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1444620">Heat transfer in a radially rotating four-pass serpentine channel with staggered half-v rib turbulators.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 123 (1), 39-50 (2001).</li>
<li>Azad, G. S., Uddin, M. J., Han, J. C., Moon, H. K., Glezer, B. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1466391">Heat transfer in a two-pass rectangular rotating channel with 45-deg angled rib turbulators.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 251-259 (2002).</li>
<li>Griffith, T. S., Al-Hadhrami, L., Han, J. C. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1445838">Heat transfer in rotating rectangular cooling channels (AR=4) with angled ribs.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 124 (4), 617-625 (2002).</li>
<li>Al-Hadhrami, L., Griffith, T. S., Han, J. C. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1446334">Heat transfer in two-pass rotating rectangular channels (AR=2) with five different orientations of 45 deg V-shaped rib turbulators.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 125 (2), 232-242 (2003).</li>
<li>Chang, S. W., Liou, T. M., Hung, J. H., Yeh, W. H. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1448617">Heat transfer in a radially rotating square-sectioned duct with two opposite walls roughened by 45 deg staggered ribs at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 129 (2), 188-199 (2007).</li>
<li>Zhou, F., Lagrone, J., Acharya, S. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1448975">Internal cooling in 4:1 AR passages at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 129 (12), 1666-1675 (2007).</li>
<li>Liu, Y. H., Huh, M., Han, J. C., Chopra, S. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1474783">Heat transfer in a two-pass rectangular channel (AR=1:4) under high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (8), (2008).</li>
<li>Chang, S. W., Liou, T. M., Chiou, S. F., Chang, S. F. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1474665">Heat transfer in high-speed rotating trapezoidal duct with rib-roughened surfaces and air bleeds from the wall on the apical side.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (6), (2008).</li>
<li>Wright, L. M., Liu, Y. H., Han, J. C., Chopra, S. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1474696">Heat transfer in trailing edge, wedge-shaped cooling channels under high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (7), 1-11 (2008).</li>
<li>Liou, T. M., Chen, M. Y., Tsai, M. H. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1466393">Fluid flow and heat transfer in a rotating two-pass square duct with in-line 90-deg ribs.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 260-268 (2002).</li>
<li>Chang, S. W., Liou, T. M., Yang, T. L., Hong, G. F. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1468154">Heat transfer in radially rotating pin-fin channel at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 132 (2), (2010).</li>
<li>Rallabandi, A., Lei, J., Han, J. C., Azad, S., Lee, C. P. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1838162">Heat transfer measurements in rotating blade-shape serpentine coolant passage with ribbed walls at high Reynolds numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 136 (9), (2014).</li>
<li>Mayo, I., Arts, T., Ahmed, E. H., Parres, B. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1901686">Two-dimensional heat transfer distribution of a rotating ribbed channel at different Reynolds numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 137 (3), (2015).</li>
<li>Chang, S. W., Yang, T. L., Liou, T. M., Fang, H. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431108003232">Heat transfer in rotating scale-roughened trapezoidal duct at high rotation numbers.</a> Applied Thermal Engineering. 29 (8), 1682-1693 (2009).</li>
<li>Liou, T. M., Chang, S. W., Chen, J. S., Yang, T. L., Lan, Y. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931009004190">Influence of channel aspect ratio on heat transfer in rotating rectangular ducts with skewed ribs at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (23), 5309-5322 (2009).</li>
<li>Huh, M., Liu, Y. H., Han, J. C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793100900194X">Effect of rib height on heat transfer in a two pass rectangular channel (AR = 1:4) with a sharp entrance at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (19), 4635-4649 (2009).</li>
<li>Xu, G., Li, Y., Deng, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431115001192">Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rotating two-pass square channel with asymmetrical 90-deg rib turbulators.</a> Applied Thermal Engineering. 80 (5), 386-395 (2015).</li>
<li>Tao, Z., Yang, M., Deng, H., Li, H., Tian, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431116309644">Heat transfer study in a rotating ribbed two-pass channel with engine-similar cross section at high rotation number.</a> Applied Thermal Engineering. 106 (5), 681-696 (2016).</li>
<li>Li, Y., Deng, H., Tao, Z., Xu, G., Chen, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931016309632">Heat transfer characteristics in a rotating trailing edge internal cooling channel with two coolant inlets.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 105 (2), 220-229 (2017).</li>
<li>Deng, H., Chen, Y., Tao, Z., Li, Y., Qiu, L. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931016313813">Heat transfer in a two-inlet rotating rectangular channel with side-wall fluid extraction.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 105 (2), 525-534 (2017).</li>
<li>You, R., Li, H., Tao, Z., Wei, K. <a target="_blank" href="http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=2555232">Heat transfer investigation in a smooth rotating channel with thermography liquid crystal.</a> ASME Turbo Expo. GT2016-56413, Turbomachinery Technical Conference and Exposition: Heat Transfer. 5 (B), V05BT16A006 1~10(2016).</li>
<li>Morris, W. D., Chang, S. W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931096003110">An experimental study of heat transfer in a simulated turbine blade cooling passage.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 40 (15), 3703-3716 (1997).</li>
<li>Chang, S. W., Liou, T. -M., Po, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793100900684X">Coriolis and rotating buoyancy effect on detailed heat transfer distributions in a two-pass square channel roughened by 45° ribs at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 53 (7), 1349-1363 (2010).</li>
<li>Wang, W. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Heat+transfer+in+rotating+twin-pass+trapezoidal-sectioned+passage+with+two+opposite+walls+roughened+by+45+degree+ribs%22">Heat transfer in rotating twin-pass trapezoidal-sectioned passage with two opposite walls roughened by 45 degree ribs</a>. , Department of Marine Engineering, National Kaohsiung Marine University. Msc thesis (2006).</li>
<li>Chang, S. W., Wu, P. -S., Chen, C. -S., Weng, C. -C., Jiang, Y. -R., Shih, S. -H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931017316459">Thermal performance of radially rotating two-pass S-shaped zig-zag channel.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 115 (B), 1011-1031 (2017).</li>
<li>Chang, S. W., Lees, A. W., Liou, T. -M., Hong, G. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1290072909002580">Heat transfer of a radially rotating furrowed channel with two opposite skewed sinusoidal wavy walls.</a> International Journal of Thermal Sciences. 49 (5), 769-785 (2010).</li>
<li>Chang, S. W., Liou, T. -M., Lee, T. -H. <a target="_blank" href="http://turbomachinery.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1694173">Heat transfer of a rotating rectangular channel with a diamond-shaped pin-fin array at high rotation numbers.</a> Journal of Turbomachinery Transactions of the ASME. 135 (4), 041007 1~10 (2013).</li>
<li>Morris, W. D., Chang, S. W. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/aeronautical-journal/article/heat-transfer-in-a-radially-rotating-smooth-walled-tube/2D6E3573B9F82039287464E247BB8C37">Heat transfer in a radially rotating smooth-walled tube.</a> The Aeronautical Journal. 102 (1015), 277-285 (1998).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Alors que la température de la paroi d’un canal de rotation est détectée par un système de thermographie infrarouge, les températures du fluide sont mesurés par thermocouples. Comme le champ magnétique alternatif d’un moteur à courant alternatif qui alimente une plate-forme tournante induit électriques susceptibles de perturber les mesures de thermocouple, le moteur à courant continu doit être adapté pour conduire un banc d’essai de rotation.
La distribution de la température du fluide au-dess...

<table><tbody><tr><td>Banc d’essai rotatif</td><td>Conçu</td><td></td><td>en interne par ce groupe de recherche</td></tr><tr><td>Module d’essai de transfert de chaleur</td><td>Conçu en interne</td><td></td><td>par ce groupe de recherche</td></tr><tr><td>Débitmètre massique</td><td>Eldride Product, Inc.</td><td>3100301-01-01 359-1007</td><td></td></tr><tr><td>Système de thermographie infrarouge</td><td>NEC P384A-8</td><td>3100401-04 3127A-4</td><td></td></tr><tr><td>Bague collectrice d’instrumentation</td><td>Michigan Scientific SR36M</td><td>3100506-62 3553-372</td><td></td></tr></tbody></table>

découplante force de coriolis et rotation effets de flottabilité sur plein champ thermique transfert des propriétés d’un canal rotatif

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

Une méthode expérimentale pour découvrir les caractéristiques de transfert de chaleur d’un canal selon l’axe de rotation est proposée. Les paramètres de flux directeurs qui caractérisent les phénomènes de transport dans une chaîne de rotation sont identifiés par l’analyse paramétrique des équations de quantité de mouvement et d’énergie se référant à un référentiel tournant. Basé sur ces équations d’écoulement sans dimension, une stratégie expérimentale qui relie la conception du module de test, le programme expérimental et l’analyse des données est formulé avec la tentative de révéler la force de Coriolis isolée et effets de flottabilité sur chaleur performances de transfert. Les effets de la force de Coriolis et rotation de flottabilité sont illustrées à partir des résultats sélectives mesurées de tourner des canaux avec des géométries différentes. Alors que les-la force de Coriolis et les impacts de la rotation-flottabilité partagent plusieurs traits communs entre les différents canaux de rotation, les signatures de transfert de chaleur unique sont trouvent en liaison avec la direction de l’écoulement, la forme de canal et la disposition de la chaleur transfert des dispositifs de mise en valeur. Quelles que soient les configurations du flux des canaux de rotation, la méthode expérimentale présentée permet de développer des corrélations de transfert de chaleur physiquement cohérentes qui permettent l’évaluation de la force de Coriolis isolée et interdépendante et effets de rotation-flottabilité sur la chaleur transférer les biens des canaux en rotation.

Les conditions d’exploitation réalistes pour le flux de liquide de refroidissement interne à l’intérieur d’une lame rotative de turbine à gaz en termes de Re, Ro et Bu sont comparées avec les conditions de laboratoire émulé dans la Figure 1. Les points de données tombent dans des conditions réalistes de moteur en utilisant la méthode expérimentale actuelle résumée dans les protocoles11,14,<sup cl...

Nous présentons ici une méthode expérimentale pour découpler les interdépendante-la force de Coriolis et les effets de la rotation-flottabilité sur les distributions de transfert de chaleur de plein champ d’un canal rotatif.

Découplante Force de Coriolis et rotation effets de flottabilité sur plein champ thermique transfert des propriétés d’un canal rotatif

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Cette méthode peut aider à répondre aux questions clés dans le domaine du transfert de chaleur, y compris beaucoup évalués au refroidissement interne des pales de rotor de turbine coulée. Le principal avantage de cette technique est la collecte complète des données sur le transfert de chaleur sur le terrain et la méthode de réduction des données proposée. Ceux-ci sont capables de révéler les effets individuels et interdépendants des plis Coriolis et la flottabilité rotative sur les propriétés locales de transfert de chaleur.Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai et Hong-Da Shen feront la démonstration de la procédure. Trois étudiants diplômés de mon laboratoire. Le protocole exige l’utilisation d’une plate-forme rotative qui se compose d’un arbre entraîné par un moteur.L’arbre conduit une plate-forme rotative qui prend en charge un module de test. Il a également un contrepoids pour l’équilibrage rotationnel. Une caméra infrarouge est en position de scanner le module de test.Les caractéristiques du module de test utilisé pour la collecte de données sont représentées dans ce schéma de vue explosé. Une fois construit, le cadre en téflon, les parois latérales, les séparateurs et les plaques supérieure et arrière aident à définir un canal carré deux passé avec des pattes d’entrée et de sortie en forme de S. La base du module se fixe à la plate-forme rotative.Au cours des expériences, les murs d’extrémité en aluminium inoxydable transportent le courant pour générer du flux de chauffage. Les plaques de cuivre aident à maintenir le papier d’aluminium en place. Une chambre de plénum d’air fournit le flux d’air pressurisé par la base légèrement outre de l’axe de la jambe d’entrée.Enfin, l’échappement de la jambe de sortie passe également par la base. Une fois assemblé et en position, le mur d’extrémité en papier d’aluminium exposé est le mur d’extrémité principal dans la rotation. Au module d’essai monté, préparez-vous à mesurer l’émissivité thermique.Il y a du papier d’aluminium entre la caméra infrarouge et le module d’essai. Faites les connexions électriques pour le chauffage. Accédez au côté de la feuille la plus proche du module d’essai.De ce côté au centre de la feuille installer un thermocouple calibré. Tournez ensuite l’attention sur la caméra face au côté du papier d’aluminium. Préparez ce côté en face du thermocouple en pulvérisant une fine couche de peinture noire sur elle.Maintenant en utilisant l’enceinte pour isoler la caméra dans le papier d’aluminium de chauffage pendant la collecte de données. Alimentez l’énergie électrique de la feuille de chauffage pour créer un champ d’écoulement symétrique. Une fois que le système est à l’état stable, mesurez la température par thermocouple et thermographie infrarouge.Répétez la mesure avec différentes puissances de chauffage. Après avoir terminé les mesures, retirer le thermocouple du papier d’aluminium. Préparez la plate-forme pour faire des tests de transfert de chaleur.Cela inclut l’équipement pour pressuriser le canal d’essai. Soyez prêt à ajuster le poids de contrepoids pour établir l’équilibre de la plate-forme. Vérifiez d’abord ou établissez l’équilibrage statique de la plate-forme rotative.Une fois atteint, le rotor restera dans n’importe quelle position angulaire sur quoi il est réglé. Pour un équilibrage dynamique, démarrez la plate-forme en rotation à la vitesse constante souhaitée. Commencez l’imagerie infrarouge et visualisez les images capturées.Lorsque la plate-forme n’est pas en équilibre dynamique, l’image thermographique des mesures n’est pas stable. Pour atteindre l’équilibre dynamique, ajustez graduellement le contrepoids. Lorsque l’équilibre dynamique est atteint, il y aura une image thermique stable dans les conditions de fonctionnement.Retirez le module d’essai de la plate-forme rotative et emmenez-le sur un banc. Accédez ensuite au canal de refroidissement des modules. Avoir des matériaux d’isolation thermique disponibles, dans ce cas la fibre isolante.Remplissez le canal de refroidissement du module d’essai avec l’isolation thermique. Ici, le canal est suffisamment rempli pour les prochaines étapes du protocole. Remontez le module d’essai et préparez-le pour le remonter sur la plate-forme.Reconnectez toute puissance dans les câbles d’instruments. Retournez le module d’essai à la plate-forme rotative, appliquez la puissance de chauffage et définissez les conditions pour la mesure. Surveillez la température du mur au fil du temps, généralement plus de trois heures.Les températures aux deux points d’intérêt sont tracées sous l’image thermique. Lorsque la variation de température est inférieure à 0,3 Kelvin, enregistrez le mur dans les températures ambiantes et la puissance du chauffage. Effectuer plusieurs mesures tout en variant systématiquement le chauffage, la vitesse de rotation et la direction.Une fois terminé, ramener le module à un banc pour enlever le matériau isolant avant de le monter à nouveau sur la plate-forme. Ensuite, effectuez le test de transfert de chaleur avec le module d’essai. Démarrez la feuille de calcul développée pour l’expérience.Dans les cellules appropriées, définissez les paramètres géométriques associés au module d’essai. Lors de la mise en place, démarrer l’écoulement de refroidissement dans le canal d’essai. Dans la feuille de calcul, entrez les valeurs mesurées pour les températures ambiantes et fluides, le débit de masse du liquide de refroidissement, la pression atmosphérique et la pression statique mesurée du liquide de refroidissement.Le logiciel calcule le numéro Reynolds et l’affiche. Si ce n’est pas le nombre de Reynolds désiré, modifiez le débit de masse de refroidissement. Puis réintérez les paramètres mesurés pour trouver le nouveau numéro Reynolds.Avec le numéro Reynolds établi, activez le système de thermographie. Ensuite, fournissez et réglez la puissance de chauffage pour régler la température du mur. Vérifiez que la température a atteint un état stable à la valeur prédéfini en vérifiant que le profil de température temporelle du mur est plat.Dans la feuille de calcul, entrez la température moyenne du mur sur la zone numérisée. Entrez également la tension de chauffage et le courant de chauffage. Pour les tests de base, une fois que les conditions sont définies enregistrer les données pour le post-traitement.Pour le test de transfert de chaleur rotatif continuer en activant le moteur pour commencer la rotation. Entrez la vitesse de rotation de l’arbre dans la feuille de calcul. Le logiciel déterminera le numéro de rotation des conditions actuelles.Ajustez la vitesse de rotation afin d’obtenir le numéro de rotation ciblé. Afin d’atteindre les nombres de Reynolds et de notation désirés dans un état stable, il peut être nécessaire d’affiner le débit de refroidissement. Vitesse de rotation et chauffer la puissance plusieurs fois.Enregistrez toutes les données de transfert de chaleur rotatives pour le post-traitement. Continuer à recueillir systématiquement des données pour différentes valeurs des paramètres expérimentaux. Dans ces images du module d’essai du canal S avec des flux de refroidissement à différents nombres de Reynolds, il y a une variation spatiale des nombres de Nusselt due aux forces centrifuges induites par les tourbillons.Ces parcelles reflètent les propriétés moyennes de transfert de chaleur de la zone au-dessus des parois d’extrémité principales et traînantes du module du canal S. Le rapport de rotation au nombre statique de Nusselt en fonction du nombre de flottabilité va d’en bas à au-dessus d’un pour le mur de bord d’attaque. Pour le mur de bord de suivi, le rapport n’est jamais inférieur à un.Notez que pour le nombre fixe de rotation et les différents nombres de Reynolds, les nombres normalisés de Nusselt varient sur une petite plage. Différents types de canaux ont un comportement différent. Pour un nombre de rotation donné, l’extrapolation à zéro flottabilité donne le niveau de transfert de chaleur dû aux forces coriolis avec une flottabilité disparaissante pour le mur de tête.Une analyse similaire fonctionne pour le mur de suivi. Voici la variation du rapport de rotation au rapport statique de nombre de Nusselt à la flottabilité disparaissante en fonction du nombre de rotation pour différentes géométries de canal. Les données ont révélé les effets de force non découplés de Coriolis sur les propriétés moyennes de transfert de chaleur de la zone des murs d’extrémité de bord de tête et de traînée.Ces données démontrent l’impact du numéro de flottabilité sur les propriétés de transfert de chaleur d’un canal rotatif dépend du nombre de rotations. Ainsi, cette méthode peut fournir un aperçu des performances de refroidissement du canal rotatif à l’intérieur d’une pale de rotor de turbine coulée. Il peut également être appliqué à d’autres systèmes tels que le refroidissement d’amature du moteur de noyau riche.En général, les individus nouveaux à cette méthode ou cycle parce que la mesure de transfert de chaleur à partir d’une surface rotative est difficile. Une fois maîtrisée, cette technique peut être effectuée en 100 heures si elle est effectuée correctement. Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de vérifier constamment la fuite de flux de liquide de refroidissement.Après son développement, cette technique ouvre la voie pour les chercheurs dans le domaine du moteur à turbine coulée d’explorer le champ complet Nusselt distributions de nombres dans les pales du rotor. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de découpler les effets des plis Coriolis et la flottabilité rotative sur les agents de plein champ pour les propriétés des canaux rotatifs et les applications pour lancer les pales du rotor de turbine.

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