uncouplन कोरिओलिस बल और घूर्णन उछाल प्रभाव पर एक घूर्णन चैनल के पूर्ण क्षेत्र हीट स्थानांतरण गुण

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Summary

यहां, हम एक घूर्णन चैनल के पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण वितरण पर निर्भर कोरिओलिस-बल और घूर्णन-उछाल प्रभाव युग्मन के लिए एक प्रयोगात्मक विधि प्रस्तुत करते हैं ।

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Chang, S. W., Cai, W. L., Shen, H. D., Yu, K. C. Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel. J. Vis. Exp. (140), e57630, doi:10.3791/57630 (2018).

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Abstract

एक अक्षीय रूप से घूर्णन चैनल की गर्मी हस्तांतरण विशेषताओं की खोज के लिए एक प्रायोगिक विधि प्रस्तावित है । एक घूर्णन चैनल में परिवहन घटना की विशेषता है कि शासी प्रवाह मापदंडों के संदर्भ के एक घूर्णन फ्रेम का जिक्र गति और ऊर्जा समीकरणों के पैरामीट्रिक विश्लेषण के माध्यम से पहचाने जाते हैं । इन क्वांटिटी फ्लो समीकरणों के आधार पर, एक प्रायोगिक कार्यनीति जो परीक्षण मॉड्यूल के डिज़ाइन को लिंक करती है, प्रयोगात्मक कार्यक्रम और डेटा विश्लेषण को पृथक कोरिओलिस-बल और ऊष्मा पर उछाल प्रभाव को प्रकट करने के प्रयास से तैयार किया जाता है स्थानांतरण प्रदर्शन । कोरिओलिस बल और घूर्णन उछाल के प्रभाव चयनात्मक विभिंन geometries के साथ चैनलों घूर्णन से मापा परिणाम का उपयोग कर सचित्र हैं । जबकि कोरिओलिस-बल और घूर्णन-उछाल प्रभावों विभिन्न घूर्णन चैनलों के बीच कई आम सुविधाओं का हिस्सा है, अद्वितीय गर्मी हस्तांतरण हस्ताक्षर प्रवाह दिशा के साथ सहयोग में पाए जाते हैं, चैनल आकार और गर्मी की व्यवस्था स्थानांतरण वृद्धि उपकरणों । घूर्णन चैनलों के प्रवाह विंयास की परवाह किए बिना, प्रस्तुत प्रयोगात्मक विधि शारीरिक रूप से लगातार गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध है कि अलग और परस्पर निर्भर कोरिओलिस के मूल्यांकन की अनुमति के विकास को सक्षम बनाता है-बल और घूर्णन-घूर्णन चैनलों की गर्मी हस्तांतरण गुणों पर उछाल प्रभाव ।

Introduction

जबकि ऊष्मा कानूनों में सुधार विशिष्ट बिजली और टरबाइन प्रवेश तापमान तरक्की से एक गैस टरबाइन इंजन के थर्मल दक्षता हुक्म, कई गर्म इंजन घटकों, टरबाइन ब्लेड के रूप में, थर्मल नुकसान से ग्रस्त हैं । एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के आंतरिक ठंडा ब्लेड सामग्री के रेंगने प्रतिरोध के तापमान सीमा से अधिक में एक टरबाइन प्रविष्टि तापमान परमिट । हालांकि, आंतरिक कूलिंग चैनल के विंयास ब्लेड प्रोफ़ाइल के साथ पालन करना चाहिए । विशेष रूप से, शीतलक रोटर ब्लेड के भीतर घूमता है । एक चल गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के लिए इस तरह के कठोर थर्मल शर्तों के साथ, एक प्रभावी ब्लेड शीतलक योजना संरचना की अखंडता को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है । इस प्रकार, एक घूर्णन चैनल के लिए स्थानीय गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों उपलब्ध सीमित शीतलक प्रवाह के कुशल उपयोग के लिए महत्वपूर्ण हैं । उपयोगी गर्मी हस्तांतरण डेटा है कि यथार्थवादी इंजन की स्थिति में आंतरिक शीतलक मार्ग के डिजाइन के लिए लागू कर रहे है के अधिग्रहण प्राथमिक महत्व का है जब एक प्रयोगात्मक विधि एक के हीट ट्रांसफर संपत्तियों को मापने के लिए विकसित की है एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के अंदर नकली शीतलन बीतने ।

१०,००० rpm के ऊपर एक गति से रोटेशन काफी एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के अंदर एक घूर्णन चैनल के शीतलन प्रदर्शन बदल । इस तरह के एक घूर्णन चैनल के लिए इंजन की स्थिति की पहचान समानता कानून का उपयोग स्वीकार्य है । रोटेशन के साथ, एक रेडियल घूर्णन चैनल के अंदर परिवहन घटना को नियंत्रित करने वाले क्वांटिटी समूह संदर्भ के घूर्णन फ्रेम के सापेक्ष प्रवाह समीकरणों को प्राप्त करके पता किया जा सकता है । मॉरिस1 के रूप में संदर्भ के एक घूर्णन फ्रेम के सापेक्ष प्रवाह के गति संरक्षण समीकरण व्युत्पंन है:

Equation 11

समीकरण में (1), स्थानीय द्रव वेग, , स्थिति वेक्टर के साथ, , कोणीय वेग पर घूर्णन संदर्भ के एक फ्रेम के सापेक्ष, ω, 2 के संदर्भ में कोरिओलिस त्वरण से प्रभावित है (ω×), युगल गड़बडिय़ों उछाल बल, β(टीटीरेफरी) (ω×ω×), संचालित पीजो-मीट्रिक दबाव ढाल, Equation 16 , और द्रव गतिशील चिपचिपापन, ν। संदर्भित द्रव घनत्व, दर्षायारेफरी, एक पूर्व परिभाषित द्रव संदर्भ तापमान टीरेफरी, जो प्रयोगों के लिए स्थानीय द्रव थोक तापमान की खासियत है निर्दिष्ट किया जाता है । यदि तापीय ऊर्जा में यांत्रिक ऊर्जा के अपरिवर्तनीय रूपांतरण नगण्य है, ऊर्जा संरक्षण समीकरण के लिए कम है:

Equation 22

समीकरण की पहली अवधि (2) विशिष्ट तापीय धारिता के इलाज के द्वारा प्राप्त की है सीधे स्थानीय द्रव तापमान से संबंधित हो, टी, लगातार विशिष्ट गर्मी के माध्यम से, सीपी। द्रव तापमान की भिन्नता के कारण एक गर्म घूर्णन चैनल में तरल पदार्थ के गड़बड़ी के रूप में तरल पदार्थ की गति पर काफी प्रभाव प्रदान करता है जब यह समीकरण में गड़बडिय़ों त्वरण के साथ लिंक (1), द्रव वेग और एक अक्षीय रूप से घूर्णन चैनल में तापमान क्षेत्रों युग्मित कर रहे हैं । इसके अलावा, दोनों कोरिओलिस और गड़बडिय़ों त्वरण एक साथ बदलती है के रूप में घूर्णन गति समायोजित है । इस प्रकार, द्रव वेग और तापमान के क्षेत्रों पर कोरिओलिस बल और घूर्णन उछाल के प्रभाव स्वाभाविक रूप से युग्मित कर रहे हैं ।

समीकरणों (1) और (2) में क्वांटिटी रूपों एक घूर्णन चैनल में गर्मी संवहन को नियंत्रित कि प्रवाह मापदंडों का खुलासा. एक मूल रूप से एक समान गर्मी एक घूर्णन चैनल पर लगाया प्रवाह के साथ, स्थानीय द्रव थोक तापमान, टीबी, streamwise दिशा में रैखिक बढ़ जाती है, संदर्भ प्रवेश स्तर से, एस, टीरेफरी। स्थानीय द्रव थोक तापमान टीरेफरी + τs, जहां τ प्रवाह की दिशा में द्रव थोक तापमान के ढाल है के रूप में निर्धारित किया जाता है । निंन क्वांटिटी पैरामीटर के प्रतिस्थापन:

Equation 33

Equation 44

Equation 55

Equation 66

Equation 77

समीकरणों में (1) और (2), जहां वीमीन, एन और डी क्रमशः वेग के माध्यम से मतलब प्रवाह के लिए खड़े हैं, घूर्णन वेग और हाइड्रोलिक व्यास चैनल, क्वांटिटी फ्लो गति और ऊर्जा समीकरणों के रूप में प्राप्त कर रहे है समीकरण (8) और (9) क्रमशः ।

Equation 88

Equation 99

जाहिर है, समीकरण में η (9) पुनः, ro, और बु = ro2βτdR, जो क्रमशः रेनॉल्ड्स, रोटेशन और उछाल संख्या के रूप में निर्दिष्ट कर रहे है एक समारोह है । inertial और कोरिओलिस बलों के बीच अनुपात quantifies Rossby संख्या समीकरण (8) में व्युत्क्रम घुमाव संख्या के समकक्ष है ।

जब tb t ref + τs के रूप में एक घूर्णन चैनल में एक समान ताप प्रवाह के अधीन परिकलित की जाती है, तो τ मान को वैकल्पिक रूप से qf/(mCpL) के रूप में मूल्यांकित किया जा सकता है जिसमें q एफ, एम और एल संवहनी हीटिंग पावर, शीतलक जन प्रवाह दर और चैनल लंबाई, क्रमशः कर रहे हैं । इस प्रकार, क्वांटिटी स्थानीय द्रव थोक तापमान, ηबी, s/डी के बराबर है और चैनल वाल पर क्वांटिटी तापमान, ηw, पैदावार [(टीडब्ल्यूटीबी )/Qf] [mCp] [L/d] +s/ के साथ संवहनी ताप अंतरण दर Qf/(tw-tb) के रूप में परिभाषित, क्वांटिटी वाल-द्रव तापमान अंतर, ηw-ηb, समीकरण के माध्यम से स्थानीय Nusselt संख्या में परिवर्तनीय (10) जिसमें ζ हीटिंग क्षेत्र और चैनल अनुभागीय क्षेत्र के क्वांटिटी आकृति समारोह है ।

Equation 1010

पूर्वनिर्धारित geometries और hydrodynamic और थर्मल सीमा शर्तों का एक सेट के साथ, एक घूर्णन चैनल के स्थानीय Nusselt संख्या को नियंत्रित करने वाले आयाम समूहों के रूप में पहचाने जाते हैं:

Equation 1111

Equation 1212

Equation 1313

प्रयोगात्मक परीक्षणों के साथ, घूर्णन गति का समायोजन, एन, अलग आरओ के लिए कोरिओलिस बलों के विभिन्न शक्तियों में गर्मी हस्तांतरण डेटा उत्पन्न अनिवार्य रूप से गड़बडिय़ों त्वरण परिवर्तन, और इस प्रकार, के सापेक्ष शक्ति उछाल घूर्णन । इसके अलावा, एक घूर्णन चैनल से एकत्र गर्मी हस्तांतरण डेटा का एक सेट हमेशा उछाल प्रभाव घूर्णन की एक परिमित डिग्री के अधीन है । एक घूर्णन चैनल के गर्मी हस्तांतरण के प्रदर्शन पर बल और उछाल कोरिओलिस के व्यक्तिगत प्रभावों का खुलासा करने के लिए पोस्ट डाटा प्रोसेसिंग प्रक्रिया के माध्यम से परमाणु संपत्तियों पर आरओ और बु प्रभाव के uncouplन की आवश्यकता है कि वर्तमान प्रयोगात्मक पद्धति में समावेशी है ।

इंजन और एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के अंदर एक घूर्णन चैनल के लिए प्रयोगशाला प्रवाह की स्थिति फिरसे, आरओ और बुकी पर्वतमाला द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है । एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के माध्यम से शीतलक प्रवाह के लिए ठेठ इंजन शर्तों, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से निर्माण और घूर्णन परीक्षण सुविधा है कि प्रयोग की अनुमति के लिए वास्तविक इंजन की स्थिति के पास प्रदर्शन किया जा रहा द्वारा रिपोर्ट मॉरिस 2 द्वारा सूचित किया गया था . 2मॉरिस द्वारा संक्षेप यथार्थवादी इंजन शर्तों के आधार पर, चित्रा 1 एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड में एक घूर्णन शीतलक चैनल के लिए पुनः, आरओ और बु पर्वतमाला के संदर्भ में यथार्थवादी ऑपरेटिंग शर्तों का निर्माण । चित्रा 1में, एक इंजन की सबसे खराब हालत के संकेत उच्चतम रोटर गति और उच्चतम घनत्व अनुपात में इंजन चल हालत के रूप में जाना जाता है । 1 चित्रामें, कम सीमा और सबसे खराब इंजन ऑपरेटिंग शर्तों क्रमशः सबसे कम और उच्चतम इंजन की गति पर उभर रहे हैं । यह ५००० और २०,००० rpm के बीच एक वास्तविक इंजन की गति से चल रहे एक घूर्णन चैनल के पूर्ण क्षेत्र परमाणु वितरण को मापने के लिए बहुत मुश्किल है । हालांकि, समानता कानून के आधार पर, प्रयोगशाला पैमाने पर परीक्षण कम घूर्णन गति पर आयोजित किया गया है, लेकिन कई के लिए वास्तविक इंजन फिरसे, आरओ और बु पर्वतमाला की एक पूरी कवरेज प्रदान करने के प्रयास के साथ । एक अभिनव प्रयोगात्मक विधि के रूप में, नासा के मेजबान कार्यक्रम3,4,5,6 में पूर्वनिर्धारित पुनः में द्रव घनत्व बढ़ाने के लिए उच्च दबाव परीक्षणों को अपनाया मतलब द्रव वेग को कम करके आरओ रेंज का विस्तार करने का आदेश । इस संबंध में, एक गैस स्थिर, आरसी, और चिपचिपापन, μके साथ एक आदर्श गैस के लिए फिरसे, आरओ और बु के बीच विशिष्ट संबंधों के रूप में संबंधित हैं:

Equation 1414

Equation 1515

1 चित्रामें देखा इंजन शर्तों के साथ नाममात्र पत्राचार में प्रयोगशाला की स्थिति लाने के लिए, घूर्णन गति, एन, शीतलक दबाव, पी, चैनल हाइड्रोलिक व्यास, डी, त्रिज्या घूर्णन, आर, और दीवार से द्रव तापमान अंतर, टीडब्ल्यूटीबी, यथार्थवादी पुनः, आरओ और बु पर्वतमाला मिलान के लिए नियंत्रित करने की आवश्यकता है । स्पष्ट रूप से, आरओ रेंज का विस्तार करने के लिए सबसे प्रभावी दृष्टिकोण में से एक के रूप में आरओ डी2के लिए आनुपातिक है, चैनल हाइड्रोलिक व्यास बढ़ाने के लिए है । यथार्थवादी N पर प्रयोगशाला गर्मी हस्तांतरण परीक्षण के रूप में बहुत मुश्किल है, शीतलक दबाव, पी, तकनीकी रूप से आसान है आरओ रेंज का विस्तार करने के लिए उठाया जा करने के लिए; भले ही आरओ केवल आनुपातिक रूप से पीरहे हों । इस सैद्धांतिक पृष्ठभूमि के आधार पर, वर्तमान प्रयोगात्मक विधि के डिजाइन दर्शन के लिए घूर्णन रिग में फिट करने के लिए अनुमति दी अधिकतम चैनल हाइड्रोलिक व्यास का उपयोग कर घूर्णन परीक्षण चैनल ज़ोर द्वारा Ro वृद्धि हुई है । आरओ रेंज बढ़ रही है, बु की सीमा तदनुसार के रूप में बढ़ाया है बु 2 आरओके लिए आनुपातिक है । चित्रा 1में, प्रयोगशाला परीक्षण घूर्णन चैनलों के हीट ट्रांसफर डेटा उत्पन्न करने के लिए अपनाया शर्तों भी शामिल हैं3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29. के रूप में चित्रा 1में संकेत दिया, उपलब्ध गर्मी हस्तांतरण डेटा द्वारा यथार्थवादी इंजन शर्तों के कवरेज अभी भी सीमित है, विशेष रूप से आवश्यक बु रेंज के लिए । खुले और रंगीन ठोस प्रतीकों 1 चित्रा में दर्शाया गया है और क्रमशः पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण प्रयोगों, कर रहे हैं । चित्र 1में एकत्र के रूप में, गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के लिए ठंडा अनुप्रयोगों के साथ गर्मी हस्तांतरण डेटा के अधिकांश1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 बिंदु माप thermocouple विधि का उपयोग कर रहे हैं । दीवार प्रवाहकीय गर्मी प्रवाह को मापने और द्रव में तापमान पर दीवार आचरण प्रभाव-दीवार इंटरफेस गर्मी हस्तांतरण thermocouple माप से परिवर्तित डेटा की गुणवत्ता को कमजोर । इसके अलावा, गर्मी हस्तांतरण माप1,2,3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 thermocouple विधि का उपयोग कर एक घूर्णन सतह पर दो आयामी गर्मी हस्तांतरण रूपांतरों का पता लगाने नहीं कर सकते । वर्तमान प्रायोगिक विधि29,30,31,३२के साथ, घूर्णन चैनल की दीवार पर पूर्ण क्षेत्र Nusselt संख्या वितरण का पता लगाने की अनुमति है । Biot संख्या के साथ ०.१ mm मोटी स्टेनलेस स्टील पन्नी का उपयोग कर दीवार आचरण प्रभाव की ंयूनतम > > 1 वर्तमान प्रयोगात्मक विधि द्वारा हीटिंग पावर उत्पन्न करने के लिए एक हीटिंग पंनी से शीतलक प्रवाह के लिए आयामी गर्मी आचरण परमिट । विशेष रूप से, पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण दोनों आरओ और बु प्रभाव शामिल डेटा के अधिग्रहण के क्षणिक तरल क्रिस्टल तकनीक और thermocouple विधि का उपयोग स्वीकार्य नहीं है । वर्तमान स्थिर-राज्य लिक्विड क्रिस्टल थर्मोग्राफी विधि19के साथ, 35-55 ° c का पता लगाने योग्य तापमान रेंज यथार्थवादी घनत्व अनुपात के साथ गर्मी हस्तांतरण डेटा की पीढ़ी को अक्षम कर ।

एक घूर्णन चैनल में गर्मी संवहन गवर्निंग प्रवाह मापदंडों का उपयोग करने के लिए प्रदर्शित करता है कि यथार्थवादी इंजन 1 चित्रा में देखा शर्तों के पूर्ण कवरेज अभी तक प्राप्त नहीं किया गया है, तो पूर्ण क्षेत्र में गर्मी हस्तांतरण डेटा प्राप्त करने के लिए की आवश्यकता यथार्थवादी इंजन की स्थिति लगातार आग्रह किया गया है । वर्तमान प्रयोगात्मक विधि दोनों कोरिओलिस-बल और घूर्णन-उछाल प्रभाव का पता चला के साथ पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण की पीढ़ी को सक्षम बनाता है । प्रोटोकॉल जांचकर्ताओं की सहायता करने के लिए एक प्रायोगिक रणनीति एक घूर्णन चैनल के यथार्थवादी पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण माप के लिए प्रासंगिक वसीयत के उद्देश्य से कर रहे हैं । पैरामीट्रिक विश्लेषण की विधि है कि वर्तमान प्रयोगात्मक पद्धति के लिए अद्वितीय है के साथ साथ, अलग और परस्पर निर्भर आरओ और परमाणु पर बु प्रभाव का आकलन करने के लिए गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध की पीढ़ी की अनुमति दी है ।

लेख एक प्रयोगात्मक प्रवाह यथार्थवादी गैस टरबाइन इंजन की स्थिति के समान परिस्थितियों के साथ एक घूर्णन चैनल के दो आयामी गर्मी हस्तांतरण डेटा पैदा करने के उद्देश्य से विधि दिखाता है, लेकिन में बहुत कम घूर्णन गति पर काम प्रयोगशालाओं. विधि घूर्णन गति का चयन करने के लिए विकसित, परीक्षण चैनल के हाइड्रोलिक व्यास और यथार्थवादी इंजन की स्थिति में गर्मी हस्तांतरण डेटा प्राप्त करने के लिए दीवार से द्रव तापमान मतभेदों की सीमा परिचय में सचित्र है । अवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली, गर्मी नुकसान अंशांकन परीक्षण और घूर्णन गर्मी हस्तांतरण परीक्षण रिग के संचालन के लिए अंशांकन परीक्षण दिखाया गया है । गर्मी हस्तांतरण माप के लिए महत्वपूर्ण अनिश्चितताओं और कोरिओलिस के युग्मन के लिए प्रक्रियाओं-बल और एक घूर्णन चैनल के हीट ट्रांसफर गुणों पर उछाल प्रभाव के कारण कारकों चयनात्मक के साथ लेख में वर्णित हैं परिणाम वर्तमान प्रयोगात्मक विधि प्रदर्शित करने के लिए ।

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Protocol

नोट: परीक्षण सुविधाओं घूर्णन का विवरण, डेटा अधिग्रहण, डेटा प्रोसेसिंग और गर्मी हस्तांतरण परीक्षण मॉड्यूल एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के एक आंतरिक कूलिंग चैनल की नकल हमारे पिछले काम में है29,30,31 ,३२.

1. हीट ट्रांसफर टेस्ट की तैयारी

  1. एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड के लक्षित आपरेशन शर्तों से पुनः, Ro और बु के संदर्भ में प्रयोगात्मक शर्तों तैयार करना ।
  2. N, P, d, R, और tw -t का परीक्षण पुनः, Ro और बु समीकरण (14) और (15) का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए आवश्यक टी बी निर्धारित करते हैं ।
  3. लक्ष्यीकरण पुन: परिभाषित, आरओ और बु अगर एन, पी, डी, आर, और टीडब्ल्यू टीबी प्रयोगात्मक सुविधाओं की सीमा से अधिक है ।
  4. डिजाइन और एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड2में एक व्यावहारिक आंतरिक शीतलक चैनल की नकल स्केल्ड हीट ट्रांसफर परीक्षण मॉड्यूल का निर्माण ।

2. अवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली के लिए थर्मल Emissivity गुणांक का निर्धारण

  1. स्कैन किए गए स्टेनलेस स्टील हीटिंग पंनी के पीछे की ओर नपेed thermocouple स्थापित करें ।
  2. स्टेनलेस स्टील हीटिंग अवरक्त कैमरे द्वारा स्कैन पंनी पर काले रंग की एक पतली परत स्प्रे ।
  3. ऊर्ध्वाधर हीटिंग पंनी के दोनों किनारों पर मुक्त संवहन प्रवाह के साथ एक अंतरिक्ष में एक ऊर्ध्वाधर पतली स्टेनलेस स्टील पंनी रखने के द्वारा स्टेनलेस स्टील हीटिंग पंनी के दो पक्षों पर सममित प्रवाह क्षेत्रों बनाएं ।
  4. हीटिंग पंनी के माध्यम से विद्युत हीटिंग बिजली फ़ीड और तापमान को मापने के एक साथ thermocouple और अवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली द्वारा स्थिर राज्य में कंप्यूटर प्रदर्शन से ।
  5. उंनत हीटर शक्तियों का उपयोग कर कम से कम चार बार २.४ कदम दोहराएं । सुनिश्चित करें कि दीवार के लिए इसी हीटर शक्तियों कदम २.३ और २.४ द्वारा प्रयुक्त टीडब्ल्यू चरण १.२ द्वारा निर्धारित रेंज कवर शक्ति तापमान ।
  6. की गणना टीडब्ल्यूअवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली द्वारा स्कैन कार्यक्रम है कि तापमान डेटा में अवरक्त संकेतों धर्मांतरित के लिए चयनित थर्मल emissivity गुणांक के एक नंबर का उपयोग कर के मूल्यों ।
  7. मानक विचलन के साथ thermocouple स्पॉट के लिए इसी स्थान पर नपे thermocouple और अवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली द्वारा मापा Tw डेटा की तुलना करें ।
  8. चरण २.७ द्वारा निर्धारित न्यूनतम मानक विचलन के साथ थर्मल emissivity गुणांक का चयन करें.
  9. अवरक्त थर्मोग्राफी सिस्टम के लिए अधिकतम परिशुद्धता त्रुटि निर्धारित थर्मल emissivity गुणांक द्वारा निर्धारित चरण २.८ का उपयोग कर ।

3. घूर्णन रिग के गतिशील संतुलन

  1. हीट ट्रांसफर परीक्षण मॉड्यूल, अवरक्त कैमरा, ढंक फ्रेम और घूर्णन रिग पर सभी सामान स्थापित करें ।
  2. घूर्णन रिग की चल रही स्थिति को कंप्यूटर के प्रदर्शन पर स्थिर थर्मल छवि प्रदर्शित करने के लिए अवरक्त thermographic माप के लिए कंपन सीमा को संतुष्ट जब तक प्रतिसंतुलन वजन

4. गर्मी हानि गुणांक का मूल्यांकन

  1. थर्मल इंसुलेशन सामग्री के साथ गर्मी हस्तांतरण परीक्षण मॉड्यूल के शीतलक चैनल भरें ।
  2. घूर्णन मंच पर परीक्षण मॉड्यूल फिटिंग और हीटर बिजली की आपूर्ति और सभी वाद्य केबल को जोड़ने से घूर्णन परीक्षण रिग पर भरा परीक्षण मॉड्यूल स्थापित करें ।
  3. डेटा अधिग्रहण प्रणाली को सक्रिय करने के लिए एक हीटिंग पावर में अस्थाई टीडब्ल्यू भिंनता स्कैन जब तक स्थिर राज्य हालत संतुष्ट है । सुनिश्चित करें कि कई क्रमिक स्कैन के दौरान अस्थाई टीडब्ल्यू रूपांतरों से कम + ०.३ K प्रत्येक स्थिर स्थिति में हैं ।
  4. रिकार्ड हीटर बिजली, स्थिर राज्य टीडब्ल्यू डेटा और इसी परिवेश के तापमान, टी
  5. दोहराएँ चरण ४.३ और ४.४ कम से कम पांच बार एक निश्चित घूर्णन गति पर विभिन्न ताप शक्तियों का उपयोग कर.
  6. दोहराएं चरण ४.२-४.४ के साथ कम से पांच घूर्णन गति । सुनिश्चित करें कि रोटेटिंग गति की परीक्षण श्रेणी चरण १.२ द्वारा निर्धारित सभी N मानों को कवर करती है ।
  7. उल्टे घूर्णन दिशा के साथ चरण ४.३-४.६ दोहराएँ ।
  8. प्रत्येक घूर्णन गति पर दीवार से परिवेश तापमान अंतर के खिलाफ गर्मी नुकसान प्रवाह के भूखंडों का निर्माण ।
  9. गति और रोटेशन की दिशा घूर्णन, दीवार से परिवेश तापमान अंतर के कार्यों के रूप में गर्मी नुकसान गुणांक सहसंबंधी बनाना ।
  10. परमाणु लेखा के लिए पोस्ट डेटा प्रक्रिया कार्यक्रम में गर्मी नुकसान सहसंबंध शामिल ।

5. आधारभूत हीट ट्रांसफर टेस्ट

  1. परीक्षण मॉड्यूल करने के लिए शीतलक प्रवाह और हीटर शक्तियों खिला द्वारा (Ro = N = 0) शूंय घूर्णन गति पर लक्ष्यीकरण रेनॉल्ड्स संख्या पर हीट ट्रांसफर परीक्षण प्रदर्शन । आपूर्ति शीतलक जन प्रवाह की दर को लक्षित मूल्य पर प्रवाह प्रविष्टि विमान में रेनॉल्ड्स नंबर नियंत्रित करने के क्रम में लगातार समायोजित किया जाता है सुनिश्चित करें.
  2. अनुवर्ती डाटा प्रोसेसिंग के लिए स्थिर राज्य दीवार तापमान, द्रव तापमान, हीटर शक्तियों, प्रवाह दबाव और परिवेश के दबाव और तापमान सहित सभी प्रासंगिक कच्चे डेटा, रिकॉर्ड ।
  3. स्कैन किए गए स्थैतिक चैनल की दीवारों पर स्थानीय और क्षेत्र औसत Nusselt संख्याओं (Nu0) का मूल्यांकन करें ।

6. हीट ट्रांसफर टेस्ट घूर्णन

  1. लक्ष्यीकरण पुनः और आरओपर परीक्षण की स्थिति पर नजर रखने के लिए ऑन लाइन निगरानी कार्यक्रम स्थापित करें ।
  2. मापा शीतलक जन प्रवाह दर, airflow दबाव, त्वरित पुनः और आरओकी गणना करने के लिए निगरानी कार्यक्रम में चैनल के प्रवेश द्वार पर गति और द्रव तापमान घूर्णन फ़ीड ।
  3. रिकॉर्ड सभी प्रासंगिक कच्चे डेटा, जैसे घूर्णन गति, हीटर बिजली, airflow और परिवेश के दबाव के रूप में, के रूप में अच्छी तरह से पूर्व निर्धारित स्थिर राज्य हालत के बाद बाद में डेटा प्रोसेसिंग के लिए दीवार और द्रव तापमान संतुष्ट है ।
  4. चरण ६.२ और ६.३ निश्चित Re और Roका एक सेट पर कम से चार आरोही या अवरोही हीटर शक्तियों के साथ दोहराएँ । यह सुनिश्चित करें कि परीक्षण पुन: और आरओ घूर्णन गति या शीतलक जन प्रवाह दर या दोनों का समायोजन करके लक्ष्यीकरण मूल्यों से ± 1% मतभेदों के भीतर गिर जाते हैं ।
  5. सुनिश्चित करें कि हीट हस्तांतरण परीक्षण फिक्स्ड आरई और आरओ के विभिंन हीटर शक्तियों के साथ लगातार प्रदर्शन कर रहे है के रूप में उछाल प्रेरित प्रवाह विकास के "इतिहास" के साथ जुड़ा हुआ है के प्रत्येक सेट पर ।
  6. चार या पांच लक्ष्यीकरण रेनॉल्ड्स संख्याओं (Re) एक निश्चित रोटेशन संख्या (आरओ) के साथ चरण ६.४ और ६.५ दोहराएँ । सुनिश्चित घूर्णन गति उचित रूप से प्रत्येक परीक्षण पर समायोजित करने के लिए ± 1% मतभेदों के भीतर लक्ष्यीकरण मूल्यों पर दोनों पुनः और आरओ नियंत्रण पुनः है ।
  7. चार या पाँच लक्ष्यीकरण रोटेशन संख्याओं (आरओ) का उपयोग करके ६.६ चरण दोहराएँ.
  8. उल्टे घूर्णन दिशा के साथ ६.७ करने के लिए ६.२ चरणों को दोहराएँ ।
  9. पोस्ट डेटा संसाधन प्रोग्राम का उपयोग करके स्कैन किए गए घूर्णन चैनल की दीवारों पर स्थानीय और क्षेत्र-औसत Nusselt संख्याओं (Nu) का मूल्यांकन करें ।

7. पैरामीट्रिक विश्लेषण

  1. क्षेत्र-औसत Nusselt संख्या (Nu0) में स्थिर चैनल से एकत्र रेनॉल्ड्स संख्या के कार्यों में सहसंबंधी बनाना.
  2. प्रत्येक निर्धारित पुन: और आरओ क्षेत्र के साथ परीक्षण में पूर्ण क्षेत्र स्थानीय nu/nu0 अनुपात का मूल्यांकन करें-औसत nu/
  3. स्थानीय और क्षेत्र-औसत nu/nu0 अलग पुनः लेकिन समान आरओके साथ प्राप्त अनुपात की साजिश रचने के द्वारा अलगाव पुनः प्रभाव की प्रयोज्यता की पुष्टि करें ।
  4. क्षेत्र की साजिश रचने द्वारा घूर्णन परीक्षण चैनल के गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर उछाल के अलग प्रभावों का खुलासा-औसत nu/nu0 अलग पुनः के साथ एक ही आरओ पर एकत्र अनुपात बु या घनत्व अनुपात के विरूद्ध (Δदर्षाया/दर्षाया) । Δदर्षाया/दर्षाया के बेहतर चयन सुनिश्चित करने के लिए गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध के लिए एक सरल कार्यात्मक संरचना के साथ सुसंगत डेटा की प्रवृत्ति प्राप्त करने के लिए साजिश के इस प्रकार के निर्माण के लिए ।
  5. एक्सट्रपलेशन प्रत्येक nu/nu0 डेटा की प्रवृत्ति एक निश्चित आरओ लेकिन अलग से पर एकत्र बू→ 0 या Δदर्षाया/दर्षाया→ 0 की सीमित हालत में पुनः
  6. सभी परीक्षण आरओपर बु0 या Δदर्षाया/दर्षाया→ 0 के साथ सभी extrapolated nu/
  7. भूखंड extrapolated nu/nu के खिलाफ गायब हो उछाल बातचीत के साथ परिणाम के साथ खो गए कोरिओलिस बल प्रभाव गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर प्रकट करने के लिए ।
  8. सहसंबंध परीक्षण चरण ७.४ और ७.७ द्वारा एकत्र आरओ और बुके कार्यों में परिणाम ।

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Representative Results

पुनः, आरओ और बु के संदर्भ में एक घूर्णन गैस टरबाइन ब्लेड के अंदर आंतरिक शीतलक प्रवाह के लिए यथार्थवादी ऑपरेटिंग शर्तों 1 चित्रामें अनुकरणीय प्रयोगशाला की स्थिति के साथ तुलना कर रहे हैं । डेटा अंक यथार्थवादी इंजन शर्तों में वर्तमान प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल11,14,17,20,21संक्षेप में सारांश विधि का उपयोग कर गिर जाते हैं । हालांकि पूर्ण-क्षेत्र हीट ट्रांसफर डेटा घूर्णन चैनलों से मापा बिंदु गर्मी हस्तांतरण डेटा से अधिक उपयोगी होते हैं, पिछले गर्मी हस्तांतरण प्रयोगों के अधिकांश thermocouple विधि अपनाने (चित्रा 1). वर्तमान अवरक्त थर्मोग्राफी विधि पूरी तरह से विकसित उछाल-प्रेरित प्रवाह के साथ एक घूर्णन सतह से पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण जानकारी का पता लगाता है । एक स्थिर या घूर्णन परीक्षण चैनल के लिए नि: शुल्क या मजबूर संवहनी बाहरी प्रवाह के साथ, वर्तमान प्रोटोकॉल पोस्ट डेटा प्रोसेसिंग (चित्रा 2) के लिए गर्मी नुकसान सहसंबंध की पीढ़ी शामिल हैं । चित्रा 2के शीर्ष पर, गर्मी हस्तांतरण परीक्षण मॉड्यूल का निर्माण भी प्रदर्शन किया है । सभी फिट लाइनों के लिए correlative गुणांक 0.95-0.98 के बीच चित्रा 2 गिरावट के द्वारा दिखाया गया है । एचनुकसान 2 चित्रामें N के खिलाफ एचनुकसानकी साजिश में देखा सहसंबंध को ध्यान में रखते हुए, त्रुटि सलाखों के प्रत्येक घूर्णन गति से निर्धारित डेटा रेंज का संकेत मिलता है ।

चित्रा 3, चित्रा 4, और चित्रा 5 चयनात्मक हीट स्थानांतरण परिणाम अनुदैर्ध्य लहराती पसलियों के साथ स्थिर दो पास s-चैनल से मापा दर्शाते हैं, घूर्णन दो पास एस-चैनल31 और घूर्णन furrowed३२ और पिन-पंख चैनल३३। स्थिर एस के लिए परमाणु माप की अनुमानित अधिकतम अनिश्चितताओं-काटने का निशानवाला चैनल, घूर्णन एस-चैनल31, furrowed चैनल३२ और पिन-पंख चैनल३३ ७.९%, ८.८%, ९.२%, और ९.७%, क्रमशः कर रहे हैं । एक शीतलक चैनल के हीट ट्रांसफर गुणों पर पुनः प्रभाव का खुलासा करने के लिए, आधार लाइन पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण डेटा स्थैतिक चैनल से typified के रूप में वर्तमान अवरक्त थर्मोग्राफी विधि द्वारा पता लगाया 3 आवश्यक हैं । चित्रा 3 के शीर्ष पर दिखाया आरेख भी अनुदैर्ध्य लहराती पसलियों के साथ दो पास एस चैनल के चैनल विन्यास को दर्शाया गया है. चैनल अनुभाग अर्द्ध परिपत्र खोदी अनुदैर्ध्य लहराती पसलियों के साथ प्रवेश और आउटलेट पैरों के दो विपरीत गर्म दीवारों पर वर्ग है ।

स्थानीय और क्षेत्रीय औसत गर्मी हस्तांतरण पर आरओ और बु प्रभाव से पृथक पुनः प्रभाव की प्रयोज्यता परमाणुके संदर्भ में गर्मी हस्तांतरण डेटा पेश करने से अनुमति दी है/nu0 (चित्रा 4) । दोनों पैटर्न और समान बु के साथ एक ही आरओ पर nu/nu0 के स्तर को पुनः (चित्रा 4) के कमजोर कार्य होने लगते हैं । विशिष्ट परिणाम हीट स्थानांतरण गुण पर अलग कोरिओलिस बल प्रभाव को प्रकट करने के लिए प्रोटोकॉल से चित्रा 5में प्रदर्शित किए जाते हैं । 5 चित्रामें, लहराते endwalls३२ औरहीरे के आकार का पिन-पंख३३ के साथ दो अलग घूर्णन चैनलों के लिए बु के खिलाफ प्रत्येक निश्चित आरओ पर nu/ रेखीय जैसे डेटा रुझान का पालन करें । इस प्रकार, रैखिक एक्सट्रपलेशन जब बु→ 0 के लिए चुना जाता है की पहचान की nu/ nu0 स्तर पर = 0 और आरओ> 0 । लेकिन, विभिंन चैनल विंयास के कारण, nu/nu0 से मापा अनुपात घूर्णन furrowed३२ और पिन के रूप में 5 चित्र में चित्रित चैनल३३ चैनलों क्रमशः कम कर रहे है और बुउठाने से बढ़ा । इस संबंध में, nu/nu0 घनत्व अनुपात के खिलाफ रूपांतरों का चित्रण (Δदर्षाया/दर्षाया)3,4,5,6, ३४ अक्सर गैर करने के लिए नेतृत्व किया है रेखीय nu/ इस प्रकार, एक गैर रेखीय डेटा प्रवृत्ति के साथ कम उछाल प्रभाव के साथ Δदर्षाया/दर्षाया→ 0 की asymptotic सीमा की ओर एक निश्चित आरओ पर प्रत्येक nu/nu0 डेटा प्रवृत्ति के एक्सट्रपलेशन अक्सर प्रभावित होता है चयनित correlative फ़ंक्शन का प्रकार । फिर भी, हीट स्थानांतरण परिणामों के लिए डेटा extrapolating प्रक्रिया के अग्रणी और पीछे की दीवारों से पता लगाया घूर्णन चैनलों३२ गर्मी हस्तांतरण पर अलग कोरिओलिस बल प्रभाव जानने के लिए प्रयोज्यता को दर्शाता है बु= 0 (चित्रा 5) पर लुप्त उछाल बातचीत के साथ गुण ।

तथाकथित शूंय उछाल nu/nu0 अनुपात केवल आरओ द्वारा नियंत्रित करने के लिए अलग कोरिओलिस बल प्रभाव को प्रतिबिंबित कर रहे हैं । चरण ७.७ और ७.८ द्वारा बताए गए स्थिर-चैनल संदर्भों से हीट स्थानांतरण रूपांतरों के तरीके से चित्रा 6typified है । एक घूर्णन चैनल के गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन पर उछाल प्रभाव से अलग आरओ प्रभाव के रूप में आरओ समारोह के रूप में संबद्ध है nu/nu0 सहसंबंध (चित्रा 6) का एक हिस्सा है । चित्रा 6 में सकारात्मक या नकारात्मक ψ2मूल्यों में सुधार या गर्मी हस्तांतरण उछाल बातचीत के कारण प्रदर्शन पर प्रभाव में बाधा का संकेत मिलता है । बड़ा ψ2 परिमाण, घूर्णन उछाल प्रभाव के उच्च डिग्री गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर लगाया जाता है । चित्रा 6 में संकेत फिट लाइनों correlative कार्यों के भूखंडों हैं । शूंय उछाल nu/nu0 अनुपात और ψ2 मान के लिए सहसंबंध के कार्यात्मक संरचनाओं आम तौर पर आंकड़ा 6 में उभरा डेटा प्रवृत्तियों के अलग शिष्टाचार के अनुसार निर्धारित कर रहे हैं . के रूप में पहले चर्चा की, furrowed३२ और पिन के बीच अलग चैनल geometries-३३ चैनल फिन क्रमशः चित्र 6में नकारात्मक और सकारात्मक ψ2 मूल्यों के लिए नेतृत्व किया है । लेकिन ψ2 के कम परिमाण के आम सुविधा बढ़ती आरओ की वजह से मूल्यों घूर्णन चैनल३२, 6 चित्रामें३३ के दो प्रकार के लिए मनाया जाता है । आरओ कार्यों में शून्य उछाल की स्थिति में ψ2 मूल्यों और nu/nu0 अनुपात को संबद्ध कर रहा है, गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध, जो अलग से मूल्यांकन की अनुमति और nu/nu0पर आरओ और बु प्रभाव युग्मित, विशेष घूर्णन चैनल के लिए उत्पन्न होता है ।

Figure 1
चित्र 1. यथार्थवादी ऑपरेटिंग फिर, आरओ और बु पर्वतमाला और एक गैस टरबाइन रोटर ब्लेड में एक घूर्णन शीतलक चैनल के लिए अनुकरण प्रयोगशाला की स्थिति । परीक्षण नासा मेजबान कार्यक्रम द्वारा प्रदर्शन की शर्तों3,4,5,6 बार प्रतीक के रूप में संकेत दिया है । खुला और ठोस प्रतीकों क्रमशः बू, आरओ, और कहा और पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण माप के लिए फिर से परीक्षण पर्वतमाला दर्शाता है । कोष्ठकों में संख्याएँ वे संदर्भ हैं जिनसे डेटा लिया जाता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. ठेठ गर्मी नुकसान गुणांक (एचहानि) विभिंन घूर्णन गति30 trapezoidal ट्विन-पास रिब-roughened एक उदाहरण के रूप में घूर्णन चैनल का उपयोग कर । शीर्ष पर आरेख घूर्णन परीक्षण मॉड्यूल के निर्माण विवरण को दर्शाया गया है । प्रत्येक डेटा की प्रवृत्ति दीवार के खिलाफ गर्मी नुकसान प्रवाह द्वारा गठित-परिवेश तापमान बाएं निचले हिस्से में दिखाया अंतर विशिष्ट घूर्णन गति पर गर्मी नुकसान गुणांक से पता चलता है । correlating द्वारा सभी घूर्णन गति का परीक्षण किया गया गर्मी हानि गुणांक का पता चला, द्वारा जनरेट किया गया गर्मी हानि सहसंबंध typified सही निचली साजिश परमाणु लेखा के लिए डेटा संसाधन प्रोग्राम में शामिल है । कम सही साजिश में त्रुटि सलाखों एचहानि30की पर्वतमाला से संकेत मिलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. स्थैतिक ट्विन-पास एस चैनल roughened के स्थानीय Nusselt संख्या वितरण पर घुंघराले पसलियों द्वारा पुनः = १५,००० वर्तमान अवरक्त थर्मोग्राफी विधि द्वारा मापा । शीर्ष आरेख में दो-पास लहरदार चैनल और अनुदैर्ध्य S-पसलियों के endwall को दर्शाया गया है. के रूप में ' ए. ए. अनुभाग देखें द्वारा संकेत दिया, अनुदैर्ध्य एस की जोड़ी-पसलियों दो विपरीत चैनल endwalls पर इनलाइन की व्यवस्था की है । कम भूखंड के रूप में दिखाए गए दो पास लहराती endwall पर Nusselt संख्या के विस्तृत वितरण में, दो अनुदैर्ध्य एस पसलियों के साथ परमाणु डेटा गर्मी के वितरण पर दीवार आचरण प्रभाव के कारण छोड़ दिया जाता है-फ्लक्स और दीवार तापमान । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. स्थानीय और क्षेत्रीय-घूर्णन चैनल के औसत गर्मी हस्तांतरण गुणों पर आरओ और बु प्रभाव से पुनः प्रभाव के अलगाव का प्रदर्शन उदाहरण । ऊपरी भाग ५०००, ७५००, और १२,५०० के एक अलग पुनः के साथ ०.१५ का एक निश्चित आरओ पर विस्तृत Nusselt संख्या वितरण प्रदर्शित करने के लिए घूर्णन endwall के गर्मी हस्तांतरण गुण पर रेनॉल्ड्स नंबर के प्रभावों को समझाने । निचले भाग के क्षेत्र-औसत से अधिक ताप हस्तांतरण गुण को दर्शाया गया है घुमाया अग्रणी और पीछे endwalls । सामान्यीकृत nu/nu0 अनुपात ताप हस्तांतरण रूपांतरों से रोटेशन द्वारा गैर-घूर्णन परिदृश्यों पर प्रकाश डाला । चांग एट अल. २०१७31से अनुमति के साथ अनुकूलित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. ३२,३३घूर्णन चैनल की गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर बु प्रभाव से जोड़े आरओ प्रभाव का प्रदर्शन उदाहरण । प्रत्येक बु-चालित nu/nu0 भिन्नता नियत आरओ पर प्राप्त की है और प्रत्येक भूखंड में सीधी रेखा द्वारा संकेत के रूप में बु के एक रेखीय समारोह के रूप में संबंधित. इन सज्जित रेखाओं के सहसंबंध गुणांक ०.९६ और ०.९८ के बीच आते हैं । प्रत्येक फिट लाइन के साथ एक्सट्रपलेशन/nu 0 की ओर डेटा की प्रवृत्ति nu/ nu0 अनुपात के परीक्षण आरओपर परमाणु का पता चलता है । प्रत्येक बु-चालित परमाणु/nu0 डेटा रुझान के परिमाण और ढलान गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन पर उछाल प्रभाव के शिष्टाचार का खुलासा । ढलानों की भयावहता पर बु प्रभाव की डिग्री का प्रतिनिधित्व करता है nu/ सकारात्मक और नकारात्मक ढलानों क्रमशः सुधार और गर्मी हस्तांतरण के स्तर पर उछाल प्रभाव को प्रतिबिंबित । कोष्ठकों में संख्याएँ वे संदर्भ हैं जिनसे डेटा लिया जाता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6. जोड़े गए आरओ और घूर्णन लहरदार लहराती चैनल३२,३३के क्षेत्र में औसत गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन पर प्रभाव । ऊपरी भाग में विभिंन आरओ पर गर्मी हस्तांतरण परिदृश्यों इकट्ठा, लेकिन बू पर गायब उछाल प्रभाव के साथ = 0 । ऐसे nu/nu0 विविधताओं केवल विभिन्न आरओपर विभिंन कोरिओलिस बलों द्वारा की वजह से कर रहे हैं । कम भाग अलग आरओपर nu/nu0 पर बु प्रभाव के रूपांतरों को दर्शाता है । नकारात्मक और सकारात्मक ψ2 मूल्यों संबंधित बिगड़ना और furrowed३२ और पिन के लिए गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन पर बु प्रभावों में सुधार का संकेत३३ चैनल । इस चित्र में डॉटेड पंक्तियां है के लिए सहसंबंध परिणाम nu/nu0 पर बु = 0 । कोष्ठकों में संख्याएँ वे संदर्भ हैं जिनसे डेटा लिया जाता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

जबकि एक घूर्णन चैनल के endwall तापमान एक अवरक्त थर्मोग्राफी प्रणाली द्वारा पता चला रहे हैं, द्रव तापमान thermocouples द्वारा मापा जाता है । एक एसी मोटर के वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के रूप में है कि ड्राइव एक घूर्णन रिग thermocouple माप हस्तक्षेप करने के लिए बिजली की क्षमता लाती है, डीसी मोटर एक घूर्णन परीक्षण रिग ड्राइव करने के लिए अपनाया जाना चाहिए ।

एक गर्म चैनल के निकास विमान पर द्रव तापमान वितरण वर्दी नहीं है । एक घूर्णन चैनल के मौजूदा विमान पर कम से कम पांच thermocouples स्थानीय द्रव निकास तापमान को मापने के लिए सिफारिश कर रहे हैं । विशेष रूप से, इन thermocouples प्रवाह मार्ग में स्थापित द्रव तापमान को मापने के लिए घूर्णन परीक्षण के दौरान केंद्रापसारक बलों के अधीन हैं । thermocouple तार आसानी से गर्म चैनल दीवारों की ओर तुला रहे हैं । इस प्रकार, द्रव प्रवेश तापमान को मापने के लिए एक ढाल thermocouple केबल का उपयोग किया जाता है । प्रवाह से बाहर निकलें विमान पर, कई thermocouple मोतियों के साथ एक जाल जाल पर बुने एक घूर्णन परीक्षण हालत के तहत पूर्वनिर्धारित स्थानों पर तरल पदार्थ से बाहर निकलें तापमान का पता लगाने के लिए एक परीक्षण चैनल के निकास से बाहर निकला हुआ किनारा के बीच सैंडविच किया जा सकता है ।

के साथ काफी रोटेशन एक घूर्णन चैनल के प्रवाह और गर्मी हस्तांतरण विशेषताओं पर उछाल प्रभाव प्रेरित, विधि पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण डेटा का पता लगाने के लिए चयनित दोनों कोरिओलिस बल और उछाल प्रभाव शामिल करने की जरूरत है । पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण डेटा को मापने के लिए क्षणिक तरल क्रिस्टल विधि का उपयोग करना, थर्मल सीमा परतों अभी तक पूरी तरह से लौकिक चैनल के रूप में विकसित नहीं कर रहे हैं-दीवार तापमान रूपांतरों संवहनी गर्मी प्राप्त करने के लिए इस विधि द्वारा आवश्यक हैं गुणांक स्थानांतरण । के रूप में गड़बडिय़ों त्वरण एक घूर्णन गैस टरबाइन ब्लेड के एक शीतलक चैनल में 105 एक्स जी तक पहुंच सकता है, गर्मी हस्तांतरण डेटा पूरी तरह से विकसित उछाल प्रवाह के प्रभाव के अधीन है, जो वर्तमान प्रयोगात्मक विधि द्वारा पता लगाने योग्य हैं, कर रहे है डिजाइन गतिविधियों के लिए और अधिक व्यावहारिक ।

एक अवरक्त कैमरा के लिए स्कैन गर्म चैनल दीवार के जोखिम अनिवार्य रूप से ताप पंनी द्वारा उत्पंन जूल गर्मी से गर्मी नुकसान होता है । हीट नुकसान अंशांकन परीक्षण के संचालन के लिए प्रोटोकॉल हीट ट्रांसफर डेटा की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं. या तो एक स्थिर या घूर्णन परीक्षण चैनल के लिए मुक्त या मजबूर संवहनी बाहरी प्रवाह से इनहेरिटिंग, संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक निश्चित घूर्णन गति पर दीवार से परिवेश तापमान अंतर के समारोह के रूप में संबंधित किया जा सकता है (चित्रा 2). यह एक ढाल के साथ पूरे घूर्णन गर्मी हस्तांतरण परीक्षण मॉड्यूल ढंक परीक्षण के दौरान बाहरी प्रवाह की तरह "मुक्त संवहन" उबरने के लिए बेहतर है । गर्मी हस्तांतरण डेटा की अधिकतम प्रयोगात्मक अनिश्चितताओं आम तौर पर कम कर रहे है जब आपूर्ति गर्मी प्रवाह से गर्मी नुकसान प्रवाह का प्रतिशत कम है । फिर भी, गर्मी नुकसान गुणांक थोड़ा बढ़ा रहे है के रूप में N सम पूरे गर्मी हस्तांतरण परीक्षण मॉड्यूल (चित्रा 3) को कवर लिफाफा ढाल के साथ बढ़ जाती है । गर्मी नुकसान सहसंबंध पोस्ट डाटा प्रोसेसिंग कार्यक्रम में शामिल है गर्मी हस्तांतरण परीक्षण के परिणाम के प्रत्येक सेट के लिए स्थानीय गर्मी नुकसान प्रवाह के वितरण का मूल्यांकन । ताप इन्सुलेशन सामग्री द्वारा भरा गर्मी हस्तांतरण मॉड्यूल के थर्मल जड़ता के रूप में काफी बढ़ जाती है, प्रत्येक गर्मी नुकसान परीक्षण के दौरान स्थिर राज्य हालत तक पहुँचने के लिए आवश्यक समय काफी airflow के साथ एक गर्मी हस्तांतरण परीक्षण से विस्तारित है .

यह रोटेशन से प्रेरित उन से गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर अलग पुनः प्रभाव की प्रयोज्यता की जांच करने के लिए आवश्यक है । गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन पर पुन: प्रभाव चैनल विन्यास पर निर्भर करता है के रूप में, यह स्थिर चैनल हीट स्थानांतरण संदर्भ के रूप में अन्य चैनल geometries से उत्पन्न गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध अपनाने customarily करने के लिए उपयुक्त नहीं है. वर्तमान प्रयोगात्मक विधि nu/nu0, जिसमें nu0डेटा के लिए मापा जाता है के संदर्भ में गर्मी हस्तांतरण डेटा पेश करके आरओ और बु प्रभाव से पुनः प्रभाव को अलग स्थैतिक परीक्षण चैनल । जबकि गड़बडिय़ों त्वरण के साथ एक रोटेशन चैनल में उछाल प्रभाव के बारे में 105 एक्स जी काफी है, एक स्थिर चैनल की गर्मी हस्तांतरण संपत्ति पर गुरुत्वाकर्षण चालित उछाल प्रभाव आम तौर पर विशिष्ट श्रेणी के भीतर नगण्य है द्रव घनत्व अनुपात एक स्थिर परीक्षण चैनल के लिए जांच की ।

गर्मी संवहन की सुविधा के लिए आवश्यक तापमान ढाल उत्पन्न करने के लिए हीटर बिजली खिलाने के बाद एक गर्मी हस्तांतरण परीक्षण के दौरान, घूर्णन चैनल में प्रेरित गड़बडिय़ों त्वरण क्षेत्र द्वारा संचालित उछाल प्रभाव की एक निश्चित डिग्री अपरिहार्य है . यथार्थवादी इंजन की स्थिति में एक घूर्णन चैनल के लिए इस तरह के युग्मित आरओ और बु प्रभाव अत्यंत उच्च गड़बडिय़ों त्वरण के कारण नगण्य नहीं हैं । इस प्रकार, दोनों कोरिओलिस बल और घूर्णन उछाल स्तर एक साथ बदल रहे है जब घूर्णन गति समायोजित है । एक साथ आरओ का नियंत्रण और फिर से घूर्णन प्रयोग के दौरान लक्ष्यीकरण मूल्यों पर और गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर आरओ और बु प्रभाव युग्मन के लिए आवश्यक है । दोनों आरओ और पुनःतय होने, गर्मी हस्तांतरण गर्मी प्रवाह, या उछाल स्तर की भिंनता के अनुरूप रूपांतरों, परीक्षण आरओपर गर्मी हस्तांतरण संपत्तियों पर घूर्णन उछाल प्रभाव को प्रतिबिंबित । nu/nu0 डेटा इस तरह से उत्पन्न डेटा सेट से परिवर्तित कोरिओलिस बल प्रभाव की पहचान करने के लिए कदम ७.४-७.८ के कार्यान्वयन की अनुमति और अलगाव में घूर्णन प्रभाव घुमा.

एक घूर्णन चैनल की गर्मी हस्तांतरण संपत्ति पर बु प्रभाव अक्सर आरओ के रूप में ψ2 मान आरओ परिवर्तन के रूप में विविध रहे हैं, जिसमें 6 चित्रा द्वारा उदाहरण के रूप में निर्भर है । यह उचित नहीं है कि सहसंबंध में स्वतंत्र मापदंडों के रूप में आरओ और बु व्यवहार करता है गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध के गणित संरचना का चयन करें ।

बु→ 0 की सीमित स्थिति की ओर nu/nu0 एक्सट्रपलेशन को ध्यान में रखते हुए, चयनित उछाल पैरामीटर के विरुद्ध रेखीय-जैसे nu. nu0 रूपांतरों को कम करने के क्रम में बेहतर है डेटा एक्सट्रपलेशन के कारण अनिश्चितता । इस संबंध में, द्रव घनत्व अनुपात, Δदर्षाया/दर्षाया या उछाल संख्या, बु, ऐसे डेटा के दौरान शूंय उछाल nu/nu0 स्तर का खुलासा करने के लिए उछाल पैरामीटर के रूप में सिफारिश की है extrapolating प्रक्रिया.

उच्च दबाव घूर्णन परीक्षण के साथ, हीटिंग पंनी के विकृतियों और तापमान वितरण के विभिंन पैटर्न पर थर्मल विस्तार के कारण एक घूर्णन चैनल के घटक घटकों अक्सर घूर्णन परीक्षण के दौरान airflow रिसाव के कारण । ऐसे में छोटे airflow लीकेज को रोटेटिंग टेस्ट के दौरान पहचाना जाना मुश्किल होता है । इस प्रकार, तत्काल अनुवर्ती डेटा प्रोसेसिंग घूर्णन चैनल के हीट स्थानांतरण डेटा प्राप्त करने के लिए सिफारिश की है । क्रॉस द्वारा पिछले घूर्णन परीक्षणों से प्राप्त गर्मी हस्तांतरण परिणामों की जांच, किसी भी असंगत डेटा प्रवृत्ति के निहितार्थ संभव airflow रिसाव है । बाद में पता लगाने और फिर airflow रिसाव को रोकने के उपायों की आवश्यकता है ।

हम कोरिओलिस-बल प्रभाव और घूर्णन उछाल प्रभाव के साथ यथार्थवादी इंजन की स्थिति पर एक घूर्णन चैनल के गर्मी हस्तांतरण डेटा पैदा करने के लिए एक विधि का प्रदर्शन किया है । आरओ और बु के परीक्षण पर्वतमाला का विस्तार करने के लिए वर्तमान प्रयोगात्मक विधि की प्रमुख सीमा अवरक्त कैमरा है कि परीक्षण चैनल के साथ घूमता है की स्थिरता है । सामांय में, 10 x g एक अवरक्त कैमरे के लिए अधिकतम स्थाई केंद्रापसारक त्वरण है । मौजूदा एक घूर्णन चैनल की गर्मी हस्तांतरण दर का पता लगाने की विधि के संबंध में, पतली हीटिंग पंनी का उपयोग चैनल के प्रभाव को कम कर सकते है-स्थानीय संवहनी गर्मी प्रवाह के वितरण पर दीवार के संचालन और तापमान का पता लगाने दीवार द्रव इंटरफेस । इसके अलावा, एक घूर्णन सतह पर स्थिर राज्य उछाल प्रभाव के अधीन दो आयामी पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण वितरण वर्तमान प्रायोगिक तकनीक का उपयोग कर पता लगाने के लिए कर रहे हैं । के साथ डेटा विश्लेषण विधि विकसित, कोरिओलिस बल के प्रभाव और एक घूर्णन चैनल के पूर्ण क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण संपत्ति पर उछाल घूर्णन कर सकते है जोड़ा जा सकता है । यह विधि पहले से ही घूर्णन चैनल कॉन्फ़िगरेशन की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लागू किया गया है । हमें उंमीद है कि वर्तमान प्रयोगात्मक रणनीति डिजाइन के अनुकूल गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध के लिए नेतृत्व कर सकते है और जो यथार्थवादी इंजन की स्थिति का पूरा कवरेज के लिए विस्तार जारी रहेगा जब अवरक्त कैमरा प्रौद्योगिकी की उंनति परमिट अपनी उच्च केंद्रापसारक त्वरण के साथ शर्तों पर उपयोग ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

वर्तमान अनुसंधान कार्य आर्थिक रूप से ताइवान के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय द्वारा प्रायोजित अनुदान एनएससी 94-2611-ए-022-001, एनएससी 95-2221-ए-022-018, एनएससी 96-2221-ए-022-015MY3 और एनएससी 97-2221-ए-022-013-MY3 के तहत किया गया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rotating test rig In-house made Design by this research group
Heat transfer test module In-house made Design by this research group
Mass flow meter Eldride Product, Inc. 3100301-01-01
359-1007
Infrared thermography system NEC P384A-8 3100401-04
3127A-4
Instrumentation slip ring Michigan Scientific SR36M 3100506-62
3553-372

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References

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