여기, 우리는 상호 의존적인 코리올리 힘 및 회전 채널의 전체 필드 열 전송 배포판에 회전 부 력 효과 분리 하는 실험 방법 제시.
방법 논문
여기, 우리는 상호 의존적인 코리올리 힘 및 회전 채널의 전체 필드 열 전송 배포판에 회전 부 력 효과 분리 하는 실험 방법 제시.
축으로 회전 채널의 열 전달 특성을 탐색 하는 실험 방법 제안. 회전 채널에 전송 현상 특성 관리 흐름 매개 변수는 자전 기준 틀 참조 기세 및 에너지 방정식의 변수 분석을 통해 식별 됩니다. 이러한 치수 흐름 방정식, 테스트 모듈의 디자인을 연결 하는 실험적인 전략에 따라 실험 프로그램 및 데이터 분석은 공식화 격리 코리올리 힘과 열에 부 력 효과 공개 하는 시도 공연 전송. 코리올리 힘 및 부 력을 회전의 효과 다양 한 형상의 채널 회전 측정 선택적 결과 사용 하 여 그림. 독특한 열 전송 서명 흐름 방향, 채널 모양 및 열 배치와 연관 있는 코리올리 힘 및 회전 부 력 영향 다양 한 회전 채널 중 몇 가지 공통 기능을 공유, 향상 장치 전송. 회전 채널의 흐름 구성에 제시 실험 메서드를 통해 격리 하 고 상호 의존 코리올리 힘의 평가 허용 하는 물리적으로 일관 된 열 전달 상관 관계의 개발 및 회전 부 력 효과에 전송 채널 회전의 속성.
열역학 법률 터빈 입장 온도 높이기에 의해 향상 된 특정 전력 및 가스 터빈 엔진의 열 효율을 지시, 하는 동안 여러 뜨거운 엔진 부품, 터빈 블레이드와 같은 열 손상 하는 경향이 있습니다. 내부 냉각 가스 터빈으로 터 블레이드는 터빈 블레이드 재료의 크 리프 저항의 온도 제한 초과 온도 허용 합니다. 그러나, 내부 냉각 채널의 구성 블레이드 프로 파일 준수 해야 합니다. 특히, 냉각수 내로 터 블레이드 회전합니다. 실행 중인 가스 터빈으로 터 블레이드에 대 한 같은 가혹한 열 조건, 효과적인 블레이드 냉각 체계 구조의 무결성을 보장 하기 위해 중요 하다. 따라서, 회전 채널에 대 한 로컬 열 전송 속성은 사용할 수 있는 제한 된 냉각수 흐름의 효율적 사용을 위해 중요 하다. 현실적인 엔진 조건에서 내부 냉각수 통로의 디자인에 적용 되는 유용한 열 전송 데이터의 수집의 열 전달 특성을 측정 하기 위한 실험 방법을 개발 하는 경우 기본의 중요성은 한 가스 터빈으로 터 블레이드 내부 냉각 통로 시뮬레이션된.
10, 000rpm 이상의 속도로 회전 상당히 내부 가스 터빈으로 터 블레이드 회전 채널의 냉각 성능을 변경합니다. 엔진의 회전 채널에 대 한 식별은 유사 법률을 사용 하 여 허용 된다. 회전, 회전 반경 채널 내부 전송 현상 제어 치수 그룹 자전 기준 틀 상대적인 흐름 방정식을 파생 계시 될 수 있습니다. 모리스1 로 자전 기준 틀 상대적인 흐름의 운동량 보존 방정식을 파생 했다:
(1)
방정식 (1), 로컬 유체 속도, v̄, 위치 벡터와 r̄, 회전 각 속도 ω, 참조 프레임에 상대적으로 영향을 받는 2 (ω×v̄)에서 코리올리 가속도 분리 된 구심 성 부 력 힘, β(T-Tref) (ω×ω×r̄), 구동된 피에 조 미터 압력 기울기,
, 그리고 유체 역학 점도 ν. 참조 된 유체 밀도 ρref, 불린다 미리 정의 된 유체 기준 온도 Tref, 로컬 액체 대량 온도 실험에 대 한 일반적. 열 에너지로 역학적 에너지의 돌이킬 수 없는 변환 무시할 경우 에너지 보존 방정식으로 감소 된다:
(2)
방정식 (2)의 첫 번째 임기는 직접 로컬 유체 온도, T, 지속적인 비 열, Cp를 통해 관련 된 특정 엔 탈피 하 여 얻어진 다. 유체 밀도 유체 온도 열된 회전 채널에서의 변형으로 인 한의 섭 동 체액의 모션에 상당한 영향을 제공 하는 방정식 (1), 유체 속도에 구심 성 가속도와 링크 하는 경우와 온도 분야를 축으로 회전 채널에 결합 됩니다. 또한, 코리 올 리와 구심 가속도 변화 동시에 회전 속도 조정 한다. 따라서, 코리올리 힘 및 부 력 유체 속도 및 온도 분야에 회전의 효과 자연스럽 게 결합.
방정식 (1) 및 (2) 치수 형태에서에서 공개 회전 채널에서 열 대류를 제어 흐름 매개 변수. 회전 채널, 지역 액체 대량 온도 Tb에 부과 하는 기본적으로 균일 한 열 플럭스와 streamwise 방향, s, Tref참조 입구 수준에서 선형적으로 증가 한다. 로컬 액체 대량 온도 Tref + τs, τ 가 흐름의 방향에서 액체 대량 온도의 그라디언트로 결정 됩니다. 대체의 다음 크기가 없는 매개 변수:
(3)
(4)
(5)
(6)
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방정식 (1) 및 (2), 치수 흐름 추진력과 에너지 방정식으로 파생 된 의미하는 V, N , d 각각 평균 흐름 속도, 회전 속도 및 채널 유압 직경을 통해 서, 어디 방정식 (8)과 (9) 각각.
(8)
(9)
결국, η 방정식 (9)에 다시, 및 부 의 기능 = Ro2βτdR, 각각 레이놀즈, 회전 및 부 력 숫자 라고도. 관성 사이의 비율을 단정 로스비 번호 및 코리올리 힘은 방정식 (8)에 역 회전 수와 동일.
Tb Tref + 균일 열 유 속에 따라 회전 채널에서 τs 으로 계산 때 τ 값 또는 Qf로 평가 될 수 있습니다 / (mCpL)에 Q f, m 과 L 는 대류 난방 힘, 냉각수 유량을 질량 및 채널 길이, 각각. 따라서, 크기가 없는 로컬 액체 대량 온도, ηb, s는/d 채널 벽, ηw, 치수 온도 생성 [(Tw-Tb ) /Qf] [mCp] [L/d] +s/d. Qf로 정의 된 대류 열 전송 속도 / (Tw-Tb), 치수 벽 액체 온도 차이, ηw-ηb, 방정식 (10)는 ζ 통해 로컬 Nusselt 수로 컨버터블은 난방 지역 및 채널 단면적의 크기가 없는 모양 기능이 이다.
(10)
미리 정의 된 형상 및 유체역학 및 열 경계 조건 설정, 회전 채널의 로컬 Nusselt 수를 제어 하는 크기가 없는 그룹으로 식별 됩니다.
(11)
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실험 테스트, 회전 속도, N의 조정으로 다양 한 생성 하는 열 전달에 대 한 데이터 코리올리 힘의 다른 힘에서 필연적으로 변경 하지 구심 가속도, 그리고 따라서,의 상대 강도 회전 부 력. 또한, 열 전송 회전 채널에서 수집 된 데이터의 집합은 항상 한정 된 정도 따라 부 력 효과 회전의. 열 전달에 코리올리 힘 및 부 력 개별 효과 공개 하도록 회전 채널의 성능 게시물 데이터 처리 절차를 통해 뉴 속성 소유주 와 부 효과의 분리 시 필요 하 현재 실험 방법에 포함입니다.
다시, 소유주 와 부의 범위에 의해 내부 가스 터빈으로 터 블레이드 회전 채널에 대 한 엔진 및 실험실 흐름 조건을 지정할 수 있습니다. 냉각수에 대 한 일반적인 엔진 조건 건설 뿐 아니라 가스 터빈으로 터 블레이드를 통해 흐름과 모리스2에 의해 보고 되었다 실제 엔진 조건 근처 수행 하는 실험을 허용 회전 테스트 시설 시운전 . 모리스2요약 현실 엔진 조건에 따라, 그림 1 에서 가스 터빈으로 터 블레이드 회전 냉각수 채널에 대 한 다시, 소유주 와 부 범위 측면에서 현실적인 동작 상태를 구성 합니다. 그림 1, 엔진의 최악의 상태 표시 높은 터 속도와 높은 밀도 비율 상태를 실행 하는 엔진 이라고 하. 그림 1에서 하한값 및 가장 나쁜 엔진 작동 조건을 각각 최저 및 최고 엔진 속도에서 등장. 그것은 5000 그리고 20000 rpm 사이의 실제 엔진 속도에서 실행 되는 회전 채널의 전체 필드 뉴 분포를 측정 하기 매우 어렵습니다. 그러나, 유사 법을 바탕으로, 실험실 규모 테스트 실시 되었습니다 회전 속도 감소 하지만 실제 엔진 다시, 소유주 와 부 범위의 전체 범위를 제공 하기 위해 여러 번 시도. 혁신적인 실험 방법으로 NASA 호스트 프로그램3,4,,56 에 미리 정의 된 다시 에서 유체 밀도 높이기 위한 고압 테스트 채택 평균 유체 속도 줄여 로 범위를 확장 하는 순서입니다. 이와 관련, 가스 상수, Rc와 점도, μ, 이상 기체에 대 한 다시 로 고 부 간의 특정 관계로 관련 있다:
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그림 1, 속도, N, 냉각수 압력, P, 채널 유압 직경, d회전, 회전 반경, R, 엔진 조건 공칭 통신 실험실 조건가지고 벽-액체 온도 차이, Tw-Tb, 현실적인 재, Ro 및 부 범위 일치에 대 한 제어를 해야 합니다. 소유주 는 d2에 비례로 명확 하 게, 로 범위를 확장 하는 가장 효과적인 방법 중 하나 채널 유압 직경을 증가 하는. 현실적인 N 에서 실험실 열 전달 테스트 매우 어려운, 냉각수 압력, P는 범위; 확장에 대 한 발생 하는 기술적으로 쉽게 경우에 로 만 P에 비례 이다. 이 이론적인 배경을 바탕으로, 현재 실험 방법의 디자인 철학 회전 장비에 맞게 허용 최대 채널 유압 직경을 사용 하 여 회전 테스트 채널을 가압 하 여 로 증가 하는. 데 로 범위 증가, 부 의 범위 따라 부 로2에 비례로 확장 됩니다. 그림 1에서 실험실 테스트 조건을 채택 회전 채널의 데이터 전송 열을 생성 하는 또한 포함된3,,45,,67 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29. 사용 가능한 열 데이터를 전송 하 여 현실적인 엔진 조건의 범위는 특히 필요한 부 범위에 대 한 제한, 그림 1에 표시 된 대로. 열기 및 그림 1 에 표시 된 색깔된 고체 기호는 각각 지적 및 전체 필드 열 전달 실험입니다. 그림 1에서 수집, 대부분의 가스 터빈으로 터 블레이드1,2,3,,45, 를 냉각 응용 프로그램과 데이터를 전송 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 포인트는 열전대 메서드를 사용 하 여 측정. 측정 전도성 벽에 벽 전도 효과 열 플럭스 고 액체 벽 인터페이스에서 온도 열 열전대 측정에서 변환 된 데이터를 전송의 품질을 훼손 합니다. 또한, 열 전송 측정1,2,3,,45,6,7, 8,9,10,11,12,13,,1415 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 열전대 메서드를 사용 하 여 회전 표면에 2 차원 열 전달 변화를 감지할 수 없습니다. 현재 실험 방법29,30,,3132, 회전 채널 벽 전체 필드 Nusselt 수 배포판의 검출은 허용 된다. 비오 숫자와 0.1 m m 두꺼운 스테인리스 포 일을 사용 하 여 벽 전도 효과의 최소화 >> 냉각수 흐름에 난방 포 일에서 1 차원 열전도 허용 하는 현재 실험적인 방법에 의해가 열 전력을 생성 하기 위해 1. 특히, 소유주 와 부 효과 포함 하는 전체 필드 열 전송 데이터의 수집 과도 액정 기술과 열전대 메서드를 사용 하 여 허용있지 않습니다. 현재 정상 액정 온도 기록 방법19, 35-55 ° C의 감지 온도 범위 현실적인 밀도 비율 열 전송 데이터의 생성을 비활성화합니다.
보여주는 그림 1 현실적 엔진 조건의 전체 범위 아직 달성 하지는 통치 회전 채널에서 열 대류 흐름 매개 변수를 사용 하 여, 그래서 전체 분야 열 인수에 대 한 필요 데이터 전송에 현실적인 엔진 상태를 지속적으로 촉구 했다. 현재 실험 메서드는 코리올리 힘 및 회전 부 력 효과 감지와 함께 전체 필드 열 전달의 세대 수 있습니다. 프로토콜 회전 채널의 현실적인 전체 필드 열 전달 측정에 관련 된 실험 전략을 고안 하 사관 지원 겨냥 된다. 현재 실험 방법에 고유한 파라미터 분석의 방법, 함께 뉴 에 격리 하 고 상호 의존 소유주 와 부 효과 평가 하기 위한 열 전달 상관 관계의 생성이 허용 됩니다.
문서 흐름 조건 현실적인 가스 터빈 엔진 조건에 비슷한 회전 채널의 데이터 전송 2 차원 열을 생성 하지만,에서 훨씬 더 낮은 회전 속도에서 작동 하기 위한 실험 방법 설명에 실험실입니다. 회전 속도, 테스트 채널의 유압 직경 및 현실적인 엔진 조건에서 데이터는 소개에서 설명 하는 열 전달 위해 벽에 액체 온도 차이의 범위를 선택 하기 위해 개발 된 방법. 적외선 온도 기록 시스템에 대 한 교정 테스트, 열 손실 보정 테스트 하 고 회전 열 전송 테스트 장비의 작업이 표시 됩니다. 열에 대 한 중요 한 불확실성을 일으키는 요인 전송 측정 및 코리올리 힘을 분리 하는 절차 및 부 력 효과 회전 채널의 열 전달 속성에 선택적으로 문서에 설명 되어 있습니다. 결과 현재 실험 방법 설명입니다.
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참고: 회전 시험 시설, 데이터 수집, 데이터 처리 및 가스 터빈으로 터 블레이드는 내부 냉각 채널 모방 열 전송 테스트 모듈의 세부 사항은 우리의 이전 작품29,30,31에 있다 ,32.
1입니다. 열 전달 테스트의 준비
2. 적외선 온도 기록 시스템에 대 한 열 방사 계수 결정
3. 동적 균형의 회전 하는 장비
4입니다. 열 손실 계수 평가
5. 기준선 열 전송 테스트
6. 회전 열 전송 테스트
7. 파라미터 분석
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다시, Ro 및 부 회전 가스 터빈 블레이드 내부 내부 냉각수 흐름에 대 한 현실적인 동작 조건 에뮬레이트된 실험실 조건 그림 1에서 비교 됩니다. 데이터 포인트 프로토콜11,,1417,20,21요약 현재 실험 방법을 사용 하 여 현실적인 엔진 조건에가. 데이터 전송 전체 필드 열 회전 채널에서 측정 데이터 전송 지적된 열 보다 더 유용 하지만, 이전 열 전송 실험의 대부분 채택 열전대 방법 (그림 1). 현재 적외선 thermography 메서드는 완전 개발 력 유도 흐름과 함께 회전 ...
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적외선 온도 기록 시스템에 의해 회전 채널의 endwall 온도 감지 하는 동안 유체 온도 열전대에 의해 측정 됩니다. 회전 장비를 구동 하는 AC 모터의 대체 자기장 유도 열전대 측정을 방해 하는 전기 잠재력로 DC 모터 회전 테스트 장비를 채택 해야 합니다.
열띤된 채널의 출구 비행기 유체 온도 분포 균일 하지 않습니다. 회전 채널의 기존 평면에 적어도 5 개의 열전대는 로컬 유체 출구 온도 측정 하기 위한 것이 좋습니다. 특히, 이러한 열전대 측정 유체 온도 흐름 통로에 설치 된 회전 테스트 중 원심력 적용 됩니다. 서 모 커플 와이어는 쉽게 뜨거운 채널 벽을 향해 구 부 러. 따라서, 액체는 온도 측정 하기 위한 차폐 된 열전대 케이블 사용 됩니다. 흐름 출구 비행기에 여러 열전대 구슬 메쉬에 weaved 메쉬 회전 테스트 조건 하에서 미리 정의 된 위치에서 유체 출구 온도 감지 하는 테스트 채널의 출구 플랜지 사이 끼여 있습니다.
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저자는 공개 없다.
현재 연구 작업 부여 NSC 94-2611-E-022-001, NSC 95-2221-E-022-018, NSC 96-2221-E-022-015MY3 및 97-2221-E-022-013-MY3 NSC에서 과학과 기술의 대만 의해 재정적으로 원했다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 회전 테스트 장비 | 자체 제작 | 이 연구 그룹에 의해 제작 | |
| 열전달 테스트 모듈 | 이 연구 그룹에 의해 | 자체 제작 | |
| 질량 유량계 | Eldride Product, Inc. | 3100301-01-01 359-1007 | |
| 적외선 열화상 시스템 | NEC P384A-8 | 3100401-04 3127A-4 | |
| 계측 슬립 링 | Michigan Scientific SR36M | 3100506-62 3553-372 |
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