Name: Rozprzęganie wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Odkryj metodę rozdzielania wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału. Technika ta umożliwia badanie chłodzenia wewnętrznego łopatek turbinowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Obecna praca badawcza była finansowana przez Ministerstwo Nauki i Technologii Tajwanu w ramach grantu NSC 94-2611-E-022-001, NSC 95-2221-E-022-018, NSC 96-2221-E-022-015MY3 i NSC 97-2221-E-022-013-MY3.

UWAGA: Szczegóły dotyczące rotacji obiektów testowych, pozyskiwania danych, przetwarzania danych i modułu testowego wymiany ciepła emulującego wewnętrzny kanał chłodzenia łopaty wirnika turbiny gazowej znajdują się w naszych poprzednich pracach29,30,31,32.
1. Przygotowanie testów wymiany ciepła
<ol>
	<li>Sformułować warunki doświadczalne w kategoriach Re, Ro i Bu na podstawie docelowych warunków pracy łopaty wirnika turbiny gazowej.</li>
	<li>Wyznacz N, P, d, R i Tw - Tb potrzebne do uzyskania badanych Re, Ro i Bu za pomocą równań (14) i (15).</li>
	<li>Ponownie zdefiniować cel Re, Ro i Bu, jeżeli N, P, d, R i Tw - Tb przekroczy limit obiektów doświadczalnych.</li>
	<li>Zaprojektuj i zbuduj moduł testowy skalowalnej wymiany ciepła emulujący praktyczny wewnętrzny kanał chłodzący w łopatce wirnika turbiny gazowej2.</li>
</ol>
2. Wyznaczanie współczynnika emisyjności cieplnej dla systemu termografii w podczerwieni
<ol>
	<li>Zamontuj skalibrowaną termoparę z tyłu zeskanowanej folii grzewczej ze stali nierdzewnej.</li>
	<li>Spryskaj cienką warstwę czarnej farby folię grzewczą ze stali nierdzewnej zeskanowaną przez kamerę termowizyjną.</li>
	<li>Stwórz symetryczne pola przepływu po dwóch stronach folii grzewczej ze stali nierdzewnej, umieszczając pionową cienką folię ze stali nierdzewnej w przestrzeni, w której swobodne przepływy konwekcyjne po obu stronach pionowej folii grzewczej.</li>
	<li>Przesyłaj elektryczną moc grzewczą przez folię grzewczą i mierz temperaturę jednocześnie za pomocą termopary i systemu termografii w podczerwieni z wyświetlacza komputera w stanie ustalonym.</li>
	<li>Powtórz krok 2.4 co najmniej cztery razy, używając zwiększonej mocy grzałki. Upewnij się, że temperatury ścian odpowiadające mocom grzejnika używanym w krokach 2.3 i 2.4 pokrywają zakres Tokreślony w kroku 1.2.</li>
	<li>Oblicz wartości Tw zeskanowane przez system termografii w podczerwieni przy użyciu szeregu selektywnych współczynników emisyjności cieplnej dla programu, który przekształca sygnały podczerwieni na dane dotyczące temperatury.</li>
	<li>Porównać dane T w zmierzone przez skalibrowaną termoparę i system termografii w podczerwieni w miejscu odpowiadającym plamce termopary z ocenionymi odchyleniami standardowymi.</li>
	<li>Należy wybrać współczynnik emisyjności cieplnej z minimalnym odchyleniem standardowym określonym w kroku 2.7.</li>
	<li>Określ maksymalny błąd precyzji dla systemu termografii w podczerwieni, korzystając ze współczynnika emisyjności cieplnej określonego w kroku 2.8.</li>
</ol>
3. Dynamiczna równowaga obracającego się zestawu
<ol>
	<li>Zainstaluj moduł testowy wymiany ciepła, kamerę na podczerwień, ramę otaczającą i wszystkie akcesoria na obrotowej platformie.</li>
	<li>Stopniowo reguluj ciężar równoważącej, aż warunki pracy obracającej się platformy spełnią ograniczenie drgań dla pomiarów termograficznych w podczerwieni, aby wyświetlić stabilny obraz termiczny na wyświetlaczu komputera.</li>
</ol>
4. Ocena współczynników strat ciepła
<ol>
	<li>Napełnij kanał chłodziwa modułu testowego wymiany ciepła materiałem termoizolacyjnym.</li>
	<li>Zamontuj napełniony moduł testowy na obrotowym stanowisku testowym, montując moduł testowy na platformie obrotowej i podłączając zasilanie grzałki oraz wszystkie instrumentalne.</li>
	<li>Aktywuj system akwizycji danych, aby skanować czasową zmienność T w przy mocy grzewczej, aż do spełnienia warunku stanu ustalonego. Upewnij się, że czasowe zmiany Tww podczas kilku kolejnych skanów są mniejsze niż +0,3 K w każdym stanie ustalonym.</li>
	<li>Zapisz moc grzałki, dane dotyczące stanu ustalonego T i odpowiednią temperaturę otoczenia, T∞.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 4.3 i 4.4 co najmniej pięć razy, używając różnych mocy grzewczych przy stałej prędkości obrotowej.</li>
	<li>Powtórz kroki 4.2 - 4.4 z co najmniej pięcioma prędkościami obrotowymi. Upewnij się, że zakres badawczy prędkości obrotowej obejmuje wszystkie wartości N określone w kroku 1.2.</li>
	<li>Powtórz kroki 4.3 - 4.6 z odwróconym kierunkiem obracania.</li>
	<li>Skonstruuj wykresy strumienia strat ciepła w zależności od różnicy temperatur od ściany do otoczenia przy każdej prędkości obrotowej.</li>
	<li>Skoreluj współczynniki strat ciepła jako funkcje różnicy temperatur między ścianą a otoczeniem, prędkości obrotowej i kierunku obrotów.</li>
	<li>Uwzględnij korelację strat ciepła w programie do przetwarzania danych po zakończeniu rachunkowości Nu.</li>
</ol>
5. Podstawowe testy wymiany ciepła
<ol>
	<li>Wykonaj testy wymiany ciepła przy docelowych liczbach Reynoldsa przy zerowej prędkości obrotowej (Ro = N = 0), doprowadzając przepływy chłodziwa i moc grzałki do modułu testowego. Upewnij się, że masowe natężenie przepływu dostarczanego chłodziwa jest stale regulowane, aby kontrolować liczbę Reynoldsa na płaszczyźnie przepływu przy wartości docelowej.</li>
	<li>Zapisz wszystkie istotne dane pierwotne, w tym temperatury ścian w stanie ustalonym, temperatury płynu, moc grzałki, ciśnienia przepływu oraz ciśnienia i temperatury otoczenia, w celu późniejszego przetwarzania danych.</li>
	<li>Oceń lokalne i uśrednione obszarowo liczby Nusselta (Nu0) na zeskanowanych ścianach kanałów statycznych.</li>
</ol>
6. Testy wymiany ciepła przy rotacji
<ol>
	<li>Zainstaluj program monitorujący on-line, aby monitorować warunki testowe w docelowych Re i Ro.</li>
	<li>Wprowadź zmierzone masowe natężenie przepływu chłodziwa, ciśnienie przepływu powietrza, prędkość obrotową i temperaturę płynu na wejściu do kanału, aby obliczyć chwilowe Re i Ro.</li>
	<li>Rejestruj wszystkie istotne dane pierwotne, takie jak prędkość obrotowa, moc grzałki, przepływ powietrza i ciśnienie otoczenia, a także temperatury ścian i płynu w celu późniejszego przetwarzania danych po spełnieniu wstępnie zdefiniowanych warunków stanu ustalonego.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 6.2 i 6.3 z co najmniej czterema rosnącymi lub malejącymi mocami grzałki przy ustalonym zestawie Re i Ro. Upewnij się, że testowe Re i Ro mieszczą się w zakresie ±1% różnic od wartości docelowych, dostosowując prędkość obrotową lub masowe natężenie przepływu chłodziwa lub oba</li> te elementy.
	<li>Upewnij się, że testy wymiany ciepła w każdym zestawie stałych Re i Ro o różnych mocach grzałki są wykonywane w sposób ciągły, ponieważ rozwój przepływów wywołanych wyporem jest związany z "historią" rozwoju przepływu.</li>
	<li>Powtórz kroki 6.4 i 6.5 z czterema lub pięcioma liczbami Reynoldsa (Re) skierowanymi na stałą liczbę obrotu (Ro). Upewnij się, że prędkość obrotowa jest odpowiednio dostosowana przy każdym teście Re, aby kontrolować zarówno Re, jak i Ro przy wartościach docelowych w granicach ±1% różnicy.</li>
	<li>Powtórz krok 6.6, używając czterech lub pięciu liczb rotacji kierowania (Ro).</li>
	<li>Powtórz kroki od 6.2 do 6.7 z odwróconym kierunkiem obracania.</li>
	<li>Oceń lokalne i uśrednione powierzchniowo liczby Nusselta (Nu) na zeskanowanych obrotowych ściankach kanałów za pomocą programu do przetwarzania danych końcowych.</li>
</ol>
7. Analiza parametryczna
<ol>
	<li>Skoreluj uśrednione powierzchniowo liczby Nusselta (Nu0) zebrane z kanału statycznego z funkcjami liczby Reynoldsa.</li>
	<li>Oceń lokalne współczynniki Nu/Nu0 w całym polu przy każdym stałym Re i Ro testowanym z obliczonymi średnimi powierzchniowo współczynnikami Nu/Nu0.</li>
	<li>Sprawdzić możliwość zastosowania efektu izolacji Re, wykreślając lokalne i uśrednione powierzchniowo współczynniki Nu/Nu0 uzyskane przy różnych Re, ale przy identycznym Ro.</li>
	<li>Ujawnić izolowany wpływ wirującej wyporu na właściwości wymiany ciepła wirującego kanału testowego, wykreślając uśrednione powierzchniowo współczynniki Nu/Nu0 zebrane w tym samym Ro o różnym stosunku Re do Bu lub stosunku gęstości (Δρ/ρ). Upewnij się, że preferowany wybór Bu lub Δρ/ρ do skonstruowania tego typu wykresu w celu uzyskania spójnego trendu danych z prostą strukturą funkcjonalną dla korelacji wymiany ciepła.</li>
	<li>Ekstrapolować każdy trend danych Nu/Nu0 zebranych przy ustalonym Ro, ale różnym Re do warunku granicznego Bu→0 lub Δρ/ρ→0.</li>
	<li>Zebrać wszystkie ekstrapolowane wyniki Nu/Nu0 za pomocą Bu→0 lub Δρ/ρ→0 we wszystkich badanych Ro.</li>
	<li>Wykreśl ekstrapolowane wyniki Nu/Nu0 z zanikową interakcją wyporu z Ro, aby ujawnić niesprzężony wpływ siły Coriolisa na właściwości wymiany ciepła.</li>
	<li>Skorelować wyniki badań zebrane w krokach 7.4 i 7.7 z funkcjami Ro i 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podczas gdy temperatury ścianek czołowych obracającego się kanału są wykrywane przez system termografii w podczerwieni, temperatury płynu są mierzone przez termopary. Ponieważ alternatywne pole magnetyczne silnika prądu przemiennego, który napędza obracającą się platformę, indukuje potencjał elektryczny, który zakłóca pomiary termopary, silnik prądu stałego musi być przystosowany do napędzania obracającego się stanowiska testowego.
Rozkład temperatury płynu w płaszczyźnie wyjściowej ogrzewaneg...

<table><tbody><tr><td>Obrotowe stanowisko testowe</td><td>Wykonane</td><td></td> we własnym <td>zakresie Projekt przez tę grupę badawczą</td></tr><tr><td>Moduł testowy wymiany ciepła</td><td>Wykonany</td><td></td><td>we własnym zakresie Projekt przez tę grupę badawczą</td></tr><tr><td>Przepływomierz masowy</td><td>Eldride Product, Inc.</td><td>3100301-01-01 359-1007</td><td></td></tr><tr><td>System termografii w podczerwieni</td><td>NEC P384A-8</td><td>3100401-04 3127A-4</td><td></td></tr><tr><td>Pierścień ślizgowy oprzyrządowania</td><td>Michigan Scientific SR36M</td><td>3100506-62 3553-372</td><td></td></tr></tbody></table>

rozprzęganie wpływu siły coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału

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

Zaproponowano eksperymentalną metodę badania charakterystyki wymiany ciepła w osiowo obracającym się kanale. Decydujące parametry przepływu, które charakteryzują zjawiska transportu w obracającym się kanale, są identyfikowane za pomocą analizy parametrycznej równań pędu i energii odnoszących się do obracającego się układu odniesienia. W oparciu o te bezwymiarowe równania przepływu, sformułowano strategię eksperymentalną, która łączy projekt modułu testowego, program eksperymentalny i analizę danych, z próbą ujawnienia izolowanego wpływu siły Coriolis i wyporu na wydajność wymiany ciepła. Wpływ siły Coriolisa i wyporu wirującego zilustrowano za pomocą selektywnych wyników mierzonych z obracających się kanałów o różnych geometriach. Podczas gdy siła Coriolis i obrotowa pływalność mają kilka wspólnych cech dla różnych obracających się kanałów, unikalne sygnatury wymiany ciepła występują w związku z kierunkiem przepływu, kształtem kanału i rozmieszczeniem urządzeń poprawiających wymianę ciepła. Niezależnie od konfiguracji przepływowych wirujących kanałów, przedstawiona metoda eksperymentalna umożliwia opracowanie fizycznie spójnych korelacji wymiany ciepła, które pozwalają na ocenę izolowanych i współzależnych efektów siły Coriolis i wyporu obrotowego na właściwości wymiany ciepła obracających się kanałów.

Realistyczne warunki pracy dla wewnętrznych przepływów chłodziwa w obrotowej łopatce turbiny gazowej pod kątem Re, Ro i Bu zostały porównane z emulowanymi warunkami laboratoryjnymi na Rysunku 1. Punkty danych mieszczą się w realistycznych warunkach pracy silnika, przy zastosowaniu obecnej metody eksperymentalnej podsumowanej w protokołach11,14,17,<sup class="xre...

Tutaj prezentujemy eksperymentalną metodę rozdzielania współzależnej siły Coriolisa i wyporu obrotowego na rozkłady wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału.

Rozprzęganie wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału

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

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie wymiany ciepła, w tym wiele z nich przeznaczonych do wewnętrznego chłodzenia odlewanych łopat wirnika turbiny. Główną zaletą tej techniki jest zebranie pełnych danych o wymianie ciepła w polu oraz proponowana metoda redukcji danych. Są one w stanie ujawnić indywidualny i współzależny wpływ fałdów Coriolisa i wyporu obrotowego na lokalne właściwości wymiany ciepła.Procedurę zademonstrują Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai i Hong-Da Shen. Troje doktorantów z mojego laboratorium. Protokół wymaga użycia obrotowej platformy, która składa się z wału napędzanego silnikiem.Wał napędza obrotową platformę, która podtrzymuje moduł testowy. Posiada również przeciwwagę do równoważenia obrotowego. Kamera na podczerwień jest w stanie zeskanować moduł testowy.Cechy modułu testowego wykorzystywanego do zbierania danych są przedstawione na tym schemacie widoku rozstrzelonego. Po zbudowaniu teflonowa rama, ściany boczne, przegrody oraz górna i tylna płyta pomagają zdefiniować kwadrat dwa poprzednie kanały z nogami wlotowymi i wylotowymi w kształcie litery S. Podstawa modułu mocowana jest do platformy obrotowej.Podczas eksperymentów ścianki końcowe folii ze stali nierdzewnej przewodzą prąd w celu wytworzenia strumienia grzewczego. Miedziane płytki pomagają utrzymać folię na miejscu. Komora powietrzna dostarcza przepływ sprężonego powietrza przez podstawę nieco poza linią środkową nogi wlotowej.Wreszcie spaliny z nogi wylotowej przechodzą również przez podstawę. Po zmontowaniu i ustawieniu na miejscu, odsłonięta ścianka końcowa folii jest wiodącą ścianką końcową w obrocie. Przy zamontowanym module testowym przygotuj się do pomiaru emisyjności cieplnej.Pomiędzy kamerą termowizyjną a modułem testowym wisi folia grzewcza. Wykonać połączenia elektryczne do ogrzewania. Uzyskaj dostęp do strony folii znajdującej się najbliżej modułu testowego.Po tej stronie na środku folii zainstaluj skalibrowaną termoparę. Następnie zwróć uwagę na kamerę skierowaną w stronę folii. Przygotuj tę stronę przeciwną do termopary, rozpylając na nią cienką warstwę czarnej farby.Teraz wykorzystuje obudowę do izolowania kamery w folii grzewczej podczas zbierania danych. Poprowadź energię elektryczną do folii grzewczej, aby wytworzyć symetryczne pole przepływu. Gdy system znajdzie się w stanie ustalonym, zmierz temperaturę za pomocą termopary i termografii w podczerwieni.Powtórz pomiar z różnymi mocami grzałki. Po zakończeniu pomiarów wyjmij termoparę z folii. Przygotuj platformę do wykonywania testów wymiany ciepła.Obejmuje to urządzenia do zwiększania ciśnienia w kanale testowym. Przygotuj się na wyregulowanie ciężaru równoważącego, aby zapewnić równowagę zestawu. Najpierw sprawdź lub ustal wyważenie statyczne obracającej się platformy.Po osiągnięciu tego celu wirnik pozostanie w dowolnej pozycji kątowej, w której jest ustawiony. Aby uzyskać dynamiczne wyważenie, uruchom platformę obracającą się z żądaną stałą prędkością. Rozpocznij obrazowanie w podczerwieni i wyświetl przechwycone obrazy.Gdy platforma nie jest w równowadze dynamicznej, obraz termograficzny z pomiarów nie jest stabilny. Aby uzyskać równowagę dynamiczną, stopniowo reguluj przeciwwagę. Gdy zostanie osiągnięta równowaga dynamiczna, obraz termiczny będzie stabilny w warunkach pracy.Wyjmij moduł testowy z obracającego się stanowiska i przenieś go na stół. Następnie uzyskaj dostęp do kanału chłodziwa modułów. Miej pod ręką materiał termoizolacyjny, w tym przypadku włókno izolacyjne.Napełnij kanał chłodziwa do modułu testowego izolacją termiczną. W tym przypadku kanał jest wypełniony na tyle, aby można było wykonać kolejne kroki w protokole. Zmontuj moduł testowy i przygotuj go do ponownego montażu na platformie.Podłącz ponownie wszystkie zasilające w instrumencie. Umieść moduł testowy z powrotem na obrotowym stanowisku, zastosuj moc grzewczą i ustaw warunki pomiaru. Monitoruj temperaturę ściany w czasie, zwykle dłużej niż trzy godziny.Temperatury w dwóch interesujących punktach czasowych są wykreślane poniżej obrazu termicznego. Gdy różnica temperatury jest mniejsza niż 0.3 kelwina, zapisz ścianę w temperaturach otoczenia i mocy grzejnika. Wykonuj wiele pomiarów, systematycznie zmieniając ogrzewanie, prędkość obrotową i kierunek.Po zakończeniu zabierz moduł z powrotem na ławkę, aby usunąć materiał izolacyjny przed ponownym zamontowaniem go na platformie. Następnie wykonaj test wymiany ciepła za pomocą modułu testowego. Uruchom arkusz kalkulacyjny opracowany na potrzeby eksperymentu.W odpowiednich komórkach zdefiniuj parametry geometryczne skojarzone z modułem testowym. Po ustawieniu uruchom przepływ chłodziwa do kanału testowego. W arkuszu kalkulacyjnym wprowadź zmierzone wartości temperatury otoczenia i płynu, masowego natężenia przepływu płynu chłodzącego, ciśnienia atmosferycznego i zmierzonego ciśnienia statycznego płynu chłodzącego.Oprogramowanie oblicza liczbę Reynoldsa i wyświetla ją. Jeśli nie jest to pożądana liczba Reynoldsa, zmień masowe natężenie przepływu chłodziwa. Następnie ponownie wprowadź zmierzone parametry, aby znaleźć nową liczbę Reynoldsa.Po ustaleniu liczby Reynoldsa aktywuj system termografii. Następnie podaj i wyreguluj moc grzewczą, aby ustawić temperaturę ściany. Sprawdź, czy temperatura osiągnęła stan ustalony przy wstępnie zdefiniowanej wartości, sprawdzając, czy profil temperatury ściany czasowej jest płaski.W arkuszu kalkulacyjnym wprowadź uśrednioną temperaturę ścian na skanowanym obszarze. Wprowadź również napięcie ogrzewania i prąd ogrzewania. W przypadku testów bazowych po ustawieniu warunków zapisz dane do przetwarzania końcowego.W przypadku testu obracającej się wymiany ciepła kontynuuj, aktywując silnik, aby rozpocząć obrót. Wprowadź prędkość obrotową wału do arkusza kalkulacyjnego. Oprogramowanie określi liczbę obrotów dla aktualnych warunków.Dostosuj prędkość obrotową, aby uzyskać docelową liczbę obrotów. Aby osiągnąć pożądane liczby Reynoldsa i notacje w stanie ustalonym, może być konieczne precyzyjne dostrojenie natężenia przepływu chłodziwa. Prędkość obrotowa i kilkakrotnie nagrzewaj moc.Zapisz wszystkie obracające się dane wymiany ciepła do przetwarzania końcowego. Kontynuuj systematyczne gromadzenie danych dla różnych wartości parametrów doświadczalnych. Na tych zdjęciach modułu testowego kanału S ze strumieniami chłodziwa o różnych liczbach Reynoldsa występuje przestrzenna zmienność liczb Nusselta spowodowana siłami odśrodkowymi indukowanymi przez wiry.Wykresy te odzwierciedlają powierzchniowe uśrednione właściwości wymiany ciepła na wiodących i spływających ścianach końcowych modułu kanału S. Stosunek rotacji do statycznej liczby Nusselta w funkcji liczby wyporu przechodzi od dołu do powyżej jednego dla ściany krawędzi natarcia. W przypadku ściany krawędzi spływu stosunek nigdy nie jest mniejszy niż jeden.Należy zauważyć, że w przypadku stałej liczby obrotu i różnych liczb Reynoldsa, znormalizowane liczby Nusselta różnią się w małym zakresie. Różne typy kanałów zachowują się w różny sposób. Dla danej liczby obrotu ekstrapolacja do zera wyporu daje poziom wymiany ciepła spowodowany siłami Coriolisa o zanikającej wyporze dla ściany prowadzącej.Podobna analiza działa w przypadku ściany spływu. Oto zmiana stosunku rotacji do statycznej liczby Nusselta przy zanikającej wyporze w funkcji liczby rotacji dla różnych geometrii kanałów. Dane ujawniły, że niesprzężony wpływ siły Coriolisa na obszar uśrednił właściwości wymiany ciepła ścian czołowych krawędzi natarcia i spływu.Dane te pokazują, że wpływ liczby wyporu na właściwości wymiany ciepła obracającego się kanału jest zależny od liczby obrotowej. Tak więc ta metoda może zapewnić wgląd w wydajność chłodzenia obracającego się kanału wewnątrz odlewanej łopaty wirnika turbiny. Może być również stosowany w innych systemach, takich jak dojrzałe chłodzenie silnika z bogatym rdzeniem.Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe w tej metodzie lub cyklu, ponieważ pomiar wymiany ciepła z obracającej się powierzchni jest trudny. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w 100 godzin, jeśli jest wykonywana prawidłowo. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o ciągłym sprawdzaniu, czy nie ma wycieków z przepływu płynu chłodzącego.Po opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się odlewanymi silnikami turbinowymi do zbadania pełnego zakresu rozkładów liczby Nusselta w łopatach wirnika. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak rozłączyć efekty fałdów Coriolisa i wyporu obrotowego na czynniki pełnopolowe dla właściwości obracających się kanałów i zastosowań do odlewania łopat wirnika turbiny.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy protokół przygotowania dwuwarstwowej cieczy o uwarstwionej gęstości, która może być rozpędzona do rotacji ciała stałego, a następnie indukowana do niestabilności Rayleigha-Taylora poprzez zastosowanie gradientowego pola magnetycznego.

Magnetycznie indukowana wirująca niestabilność Rayleigha-Taylora

Eksperymenty z wymianą ciepła w basenie zostały przeprowadzone, aby zaobserwować wpływ hybrydowych wzorców zwilżalnych stołów na współczynnik wymiany ciepła (HTC). Parametrami badania są liczba interlinii oraz orientacja wzoru zmodyfikowanej powierzchni zwilżalnej.

Poprawa wymiany ciepła we wrzeniu w basenie na powierzchniach cylindrycznych dzięki hybrydowym wzorom zwilżalnym

Kluczowe etapy funkcjonowania białka, w szczególności zmiany konformacyjne szkieletu i reakcje transferu protonów, często odbywają się w skali od mikrosekund do milisekund. Te dynamiczne procesy można badać za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowo-rozdzielczym, w szczególności w przypadku białek, których funkcja jest wyzwalana przez światło.

Transfer protonów i dynamika konformacji białek w białkach światłoczułych za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowym i transformacją Fouriera

Metoda badania struktury fotoreceptora białkowego za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) jest opisana w tym artykule. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) ujawnia nienaruszone dimery białkowe na powierzchni miki.

Mikroskopia sił atomowych fotoreceptorów światła czerwonego przy użyciu ilościowego mapowania właściwości nanomechanicznych PeakForce

Demonstrujemy użycie techniki laserowego transferu do przodu (LIFT) do drukowania pasty Ag o wysokiej lepkości. Technika ta oferuje prosty, niskotemperaturowy, solidny proces do nielitograficznego drukowania struktur 2D i 3D w mikroskali.

Indukowany laserowo transfer do przodu nanopasty Ag

Tutaj prezentujemy protokół, który demonstruje powstawanie lodu, gdy woda jest wprowadzana do zimnej kąpieli solanki, jako wtórny czynnik chłodniczy, w zakresie temperatur znacznie poniżej temperatury zamarzania wody. Może być stosowany jako alternatywny sposób produkcji lodu dla przemysłu.

Wytwarzanie lodu a zjawiska wymiany ciepła i masy spowodowane wprowadzaniem wody do zimnej kąpieli solankowej

Krzemowe układy fotoniczne mają potencjał do realizacji złożonych zintegrowanych systemów kwantowych. Przedstawiono metodę przygotowania i testowania krzemowego układu fotonicznego do pomiarów kwantowych.

Pomiar interferencji kwantowej w źródle fotonów rezonatora z pierścieniem krzemowym

Wytwarzamy heterostruktury metal/LaAlO3/SrTiO3 za pomocą kombinacji pulsacyjnego osadzania laserowego i napylania magnetronowego in situ. Poprzez eksperymenty magnetotransportu i spektroskopii rentgenowskiej fotoelektronów in situ badamy wzajemne oddziaływanie między zjawiskami elektrostatycznymi i chemicznymi quasi-dwuwymiarowego gazu elektronowego powstającego w tym układzie.

Wzrost i właściwości elektrostatyczne/chemiczne heterostruktur metali/LaAlO3/SrTiO3

Ten manuskrypt opisuje metody mające na celu pomiar lokalnych współczynników chwilowej konwekcyjnej wymiany ciepła w jednofazowym lub dwufazowym przepływie rurowym. Przedstawiono również prostą metodę optyczną służącą do wyznaczania długości i prędkości rozchodzenia się wydłużonego (Taylora) pęcherzyka powietrza poruszającego się ze stałą prędkością.

Pomiary lokalnej chwilowej konwekcyjnej wymiany ciepła w rurze - przepływ jednofazowy i dwufazowy

Protokół tutaj poświęcony jest badaniu swobodnego i szybkiego manewrowania tragarza wodnego na powierzchni wody. Protokół obejmuje obserwację mikrostruktury nóg i pomiar siły przylegania podczas odchodzenia od powierzchni wody z różnymi prędkościami.

Pomiar siły dynamicznej działającej na nogę wodnego wędrowca skaczącą w górę przez czujnik folii PVDF

Odkryj metodę rozdzielania wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału. Technika ta umożliwia badanie chłodzenia wewnętrznego łopatek turbinowych.

Rozprzęganie wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału

Przeglądaj więcej filmów