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

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.