Name: 회전 채널의 속성을 전송 하는 연결을 푸는 코리올리 힘 및 전체 필드 열에 회전 부 력 효과 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: 학습하세요 회전 채널에서 코리올리 힘과 회전 부력 효과를 분리하는 열전달 측정 방법을. 적외선 열화상 기술을 활용하여 터빈 로터 블레이드 내부 냉각 효율을 향상시키는 데 기여합니다.

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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.

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
<ol><li>다시, Ro 및 부 의 가스 터빈으로 터 블레이드 대상된 작업 조건에서 실험 조건 공식화.</li>
	<li>N, P, d, R및 Tw -Tb 테스트 다시, 소유주 와 부 방정식 (14)와 (15)를 사용 하 여 인수에 필요한 결정 합니다.</li>
	<li>N, P, d, R및 Tw -Tb 실험 시설의 제한을 초과 하는 경우 다시 대상 Re, 소유주 와 부 정의 합니다.</li>
	<li>디자인과 실용적인 내부 절삭유 채널 가스 터빈으로 터 블레이드2에서 모방 축소 열 전송 테스트 모듈을 구성.</li>
</ol>2. 적외선 온도 기록 시스템에 대 한 열 방사 계수 결정
<ol><li>스캔 한 스테인리스 난방 포 일의 뒷면에 보정 된 열전대를 설치 합니다.</li>
	<li>적외선 카메라에서 검색 한 스테인리스 난방 포 일에 검은 페인트의 얇은 레이어를 스프레이.</li>
	<li>수직 난방 포 일의 두 측면에 수직 얇은 스테인리스 포 일 무료 대류 흐름을 공간에 배치 하 여 스테인리스 난방 포 일의 두 측면에 대칭 흐름 필드를 만듭니다.</li>
	<li>난방 포 일을 통해 전기 난방 힘을 공급 하 고 안정 된 상태에서 컴퓨터 디스플레이에서 서 모 커플 및 적외선 온도 기록 시스템에 의해 온도 동시에 측정 하는 방법.</li>
	<li>반복 단계 2.4 적어도 4 번 사용 하 여 히터 능력 상승. 2.3 및 2.4 정한 단계 1.2 Tw 범위를 커버 하는 단계에서 사용 하는 히터 능력에 해당 하는 벽 온도 확인 합니다.</li>
	<li>온도 데이터는 적외선 신호를 변환 하는 프로그램에 대 한 다양 한 선택적 열 방사 계수를 사용 하 여 적외선 온도 기록 시스템에서 검색 한 Tw값을 계산 합니다.</li>
	<li>보정된 서 모 커플 및 적외선 온도 기록 시스템 평가 표준 편차와 열전대 자리에 해당 하는 위치에 의해 측정 Tw 데이터를 비교 합니다.</li>
	<li>2.7 단계에 따라 최소 표준 편차와 열 방사 계수를 선택 합니다.</li>
	<li>2.8으로 결정 하는 열 방사 계수를 사용 하 여 적외선 온도 기록 시스템에 대 한 최대 정밀도 오류를 확인 합니다.</li>
</ol>3. 동적 균형의 회전 하는 장비
<ol><li>회전 장비에 열 전송 테스트 모듈, 적외선 카메라, 무기력 프레임 및 모든 액세서리를 설치 합니다.</li>
	<li>회전 장비의 실행 상태 만족 컴퓨터 디스플레이에 안정적인 열 이미지를 전시 하는 적외선 열감지 측정용 진동 제한 때까지 세력 무게를 점차적으로 조정.</li>
</ol>4입니다. 열 손실 계수 평가
<ol><li>열 절 연재로 열 전송 테스트 모듈의 냉각수 채널을 채우십시오.</li>
	<li>회전 하는 플랫폼에 테스트 모듈을 피팅 하 고 히터 전원 공급 장치 및 모든 경 음악 케이블을 연결 하 여 회전 테스트 장비에 채워진된 테스트 모듈을 설치 합니다.</li>
	<li>검사는 임시 데이터 수집 시스템을 활성화 Tw 유사 정상 상태 조건이 충족 될 때까지 난방 전력에서. 측 두 엽 되도록 여러 연속 스캔 하는 동안 Tw 변이 각 정상 상태 조건에서 0.3 K 미만.</li>
	<li>히터 전원, 정상 Tw 데이터와 해당 온도 T∞을 기록 합니다.</li>
	<li>고정 회전 속도 단계 4.3 및 4.4 적어도 5 번 사용 하 여 다른 난방 능력을 반복 합니다.</li>
	<li>적어도 5 개의 회전 속도 4.2-4.4 단계 반복 합니다. 회전 속도의 시험 범위 단계 1.2에 의해 결정 하는 모든 N 값을 커버 있는지 확인 합니다.</li>
	<li>4.3 4.6 반전된 회전 방향으로 단계를 반복 합니다.</li>
	<li>각 회전 속도로 벽-주위 온도 차이 대 한 열 손실 유량의 플롯을 생성 합니다.</li>
	<li>벽-주위 온도 차이, 속도 및 회전 방향을 회전의 기능으로 열 손실 계수를 연결 하십시오.</li>
	<li>뉴 회계에 대 한 게시물 데이터 프로세스 프로그램으로 열 손실 상관 관계를 통합.</li>
</ol>5. 기준선 열 전송 테스트
<ol><li>대상으로 레이놀즈 번호 0 회전 속도 열 전송 테스트를 수행 (Ro = N = 0) 냉각수 흐름 및 히터 능력 테스트 모듈을 먹이로. 대상 값에서 흐름 항목 비행기에서 레이놀즈 수를 제어 하기 위해 제공 된 냉각수 질량 유량 조정 지속적으로 확인 합니다.</li>
	<li>모든 관련 된 원시 데이터를 정상 상태 벽 온도, 유체 온도, 히터 능력, 흐름 압력 및 주위 압력 및 온도, 후속 데이터 처리를 위해를 포함 하 여 기록 합니다.</li>
	<li>스캔 한 정적 채널 벽에 지역 및 지역 평균 Nusselt 수 (뉴0)를 평가 합니다.</li>
</ol>6. 회전 열 전송 테스트
<ol><li>대상 Re 와 에서 테스트 조건을 모니터링을 온라인 모니터링 프로그램을 설치 합니다.</li>
	<li>측정 된 냉각수 유량 속도, 공기 압력, 자전 속도 및 채널 입구에서 유체 온도 인스턴트 다시 와 계산 하는 모니터링 프로그램으로 피드.</li>
	<li>모든 관련 된 원시 데이터를 미리 정의 된 정상 상태 조건 만족 후 후속 데이터 처리에 대 한 벽과 유체 온도 뿐만 아니라 속도, 히터 전원, 공기 및 주위 압력, 회전 등을 기록 합니다.</li>
	<li>6.2 및 적어도 4 오름차순 또는 내림차순 고정 재 로의 세트에서 히터 능력 6.3 단계를 반복 합니다. 회전 속도 또는 냉각수 질량 유량을 조정 하 여 대상 값에서 ± 1% 차이에서 테스트 다시 과 가 확인 합니다.</li>
	<li>유도 부 력 흐름의 개발 흐름 개발의 "역사"와 관련으로 다른 히터 능력을 가진 고정 다시 와 의 각 집합에서 열 전달 테스트 수행 지속적으로 확인 합니다.</li>
	<li>4 개 또는 5 대상 레이놀즈 수 (Re) 고정된 회전 수 (Ro)에서 6.4 및 6.5 단계를 반복 합니다. 회전 속도 각 테스트 ± 1% 차이에서 대상 값에서 다시 와 제어를 다시 적절 하 게 조정 확인 하십시오.</li>
	<li>6.6 4 또는 5 회전 수 (Ro)를 대상으로 사용 하 여 단계를 반복 합니다.</li>
	<li>단계 6.2 6.7 반전된 회전 방향으로 반복 합니다.</li>
	<li>스캔 한 회전 채널 벽 게시물 데이터 처리 프로그램을 사용 하 여 로컬 및 지역 평균 Nusselt 수 (뉴)를 평가 합니다.</li>
</ol>7. 파라미터 분석
<ol><li>지역 평균 Nusselt 수 (뉴0) 레이놀즈 번호의 기능으로는 정적 채널에서 수집을 연결 하십시오.</li>
	<li>전체 필드 지역 뉴평가 / 각 고정된 재 와 에뉴0 비율 테스트 지역 평균 뉴뉴0 비율 계산.</li>
	<li>지역 및 지역 평균 뉴그려서 격리 다시 효과의 적용을 확인 /뉴0 비율 다른 다시 하지만 동일 에서 얻은.</li>
	<li>지역 평균 뉴그려서 회전 테스트 채널의 열 전달 특성에 부 력 회전의 격리 된 영향 공개뉴0 비율에서 다른 재 와 같은 수집 / 부 또는 밀도 비율에 대 한 (Δρ/ρ). 부 또는 Δρ의 바람직 선택 확인 /이 형식의 열에 대 한 간단한 기능 구조와 일관 된 데이터 추세를 얻기위한 플롯 생성할ρ 상관 관계.</li>
	<li>각 뉴추정 /뉴0 데이터 추세 부→0 또는 Δρ의 제한 조건에 다른 다시 하지만 고정된 Ro 에서 수집 /ρ→0.</li>
	<li>모든 추정 된 뉴수집 /뉴0 부→0 또는 Δρ와 결과 / 모든 시험된 에서ρ→0.</li>
	<li>추정 된 뉴플롯/뉴0 결과 Ro uncoupled 코리올리 공개에 대 한 상호 작용 사라진된 부 력으로 강제로 열 전송 속성에 대 한 효과.</li>
	<li>소유주 와 부의 기능에 단계 7.4 7.7에 의해 수집 된 테스트 결과 연결.</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>
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<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>
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<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>
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<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>
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</ol>

저자는 공개 없다.

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.
<p class="jove_con...

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:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq1.jpg">(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, <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq16.jpg"> </img>, 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:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq2.jpg">(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:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq3.jpg">(3)
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq4.jpg">(4)
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq5.jpg">(5)
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq6.jpg">(6)
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq7.jpg">(7)
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.
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq8.jpg">(8)
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq9.jpg">(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.
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq10.jpg">(10)
미리 정의 된 형상 및 유체역학 및 열 경계 조건 설정, 회전 채널의 로컬 Nusselt 수를 제어 하는 크기가 없는 그룹으로 식별 됩니다.
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq11.jpg">(11)
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq12.jpg">(12)
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq13.jpg">(13)
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:
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq14.jpg">(14)
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq15.jpg">(15)
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.

<table><tbody><tr><td>회전 테스트 장비</td><td>자체 제작</td><td></td><td>이 연구 그룹에 의해 제작</td></tr><tr><td>열전달 테스트 모듈</td><td>이 연구 그룹에 의해</td><td>자체 제작</td><td></td> 설계</tr><tr><td>질량 유량계</td><td>Eldride Product, Inc.</td><td>3100301-01-01 359-1007</td><td></td></tr><tr><td>적외선 열화상 시스템</td><td>NEC P384A-8</td><td>3100401-04 3127A-4</td><td></td></tr><tr><td>계측 슬립 링</td><td>Michigan Scientific SR36M</td><td>3100506-62 3553-372</td><td></td></tr></tbody></table>

회전 채널의 속성을 전송 하는 연결을 푸는 코리올리 힘 및 전체 필드 열에 회전 부 력 효과

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

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.

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 ...

여기, 우리는 상호 의존적인 코리올리 힘 및 회전 채널의 전체 필드 열 전송 배포판에 회전 부 력 효과 분리 하는 실험 방법 제시.

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

이 방법은 주조 터빈 로터 블레이드의 내부 냉각에 대한 많은 등급을 포함하여 열 전달 필드의 주요 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 수집된 전체 필드 열 전달 데이터와 제안된 데이터 감소 방법입니다. 이들은 코리올리 폴드의 개인적이고 상호 의존적인 효과를 드러내고 국소 열 전달 특성에 대한 부력을 회전시할 수 있습니다.절차를 시연하는 것은 쿠오칭 유, 웨이링 카이, 홍다셴이 될 것이다. 내 실험실에서 세 대학원 생. 프로토콜은 모터에 의해 구동되는 샤프트로 구성된 회전 리그를 사용해야 합니다.샤프트는 테스트 모듈을 지원하는 회전 플랫폼을 구동합니다. 또한 회전 균형을 위한 카운터웨이트도 있습니다. 적외선 카메라가 테스트 모듈을 스캔할 수 있는 위치에 있습니다.데이터 수집에 사용되는 테스트 모듈의 특징은 이 폭발된 뷰 회로도에 묘사됩니다. 건설시 테플론 프레임, 사이드월, 디바이더 및 위쪽 및 뒷면 플레이트는 S 자형 입구와 콘센트 다리가 있는 사각형 두 개의 과거 채널을 정의하는 데 도움이 됩니다. 모듈의 베이스가 회전 플랫폼에 연결됩니다.실험 중, 스테인레스 스틸 호일 엔드 벽은 가열 플럭스를 생성하기 위해 전류를 수행한다. 구리 플레이트는 호일을 제자리에 고정하는 데 도움이됩니다. 공기 플레넘 챔버는 입구 다리의 중심선에서 약간 벗어난 베이스를 통해 가압 된 공기 흐름을 공급합니다.마지막으로, 출구 다리에서 배기도 베이스를 통과합니다. 일단 조립되고 위치에 도달하면 노출된 호일 끝 벽은 회전의 주요 끝 벽입니다. 장착 된 테스트 모듈에서 열 방사율을 측정할 준비를하십시오.적외선 카메라와 테스트 모듈 사이에 가열 호일이 걸려 있습니다. 가열을 위한 전기 적 연결을 확인합니다. 테스트 모듈에 가장 가까운 호일 측에 액세스합니다.호일의 중심에 있는 측면에 보정된 열전대를 설치합니다. 다음으로 호일의 측면을 향한 카메라에 주의를 돌립니다. 검은 페인트의 얇은 층을 뿌려 열전대 맞은편에 이 면을 준비합니다.이제 데이터 수집 중에 카메라를 가열 호일로 격리하는 인클로저를 사용합니다. 전기전력을 가열 호일에 공급하여 대칭 유동장을 생성합니다. 시스템이 정상 상태인 후 열전대및 적외선 서모그래피를 사용하여 온도를 측정합니다.다른 히터 힘으로 측정을 반복합니다. 측정을 완료한 후 호일에서 열전대를 제거합니다. 열 전달 테스트를 준비하십시오.여기에는 테스트 채널을 가압하기 위한 장비가 포함됩

uncoupling-coriolis-force-rotating-buoyancy-effects-on-full-field

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Booyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel (회전 채널의 전체 자기장 열 전달 특성에 대한 분리 코리올리 힘과 회전 부력 효과)

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파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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