Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Wärmeübertragungsbereich zu beantworten, darunter viele, die auf die interne Kühlung von Gussturbinenrotorblättern bewertet sind. Der Hauptvorteil dieser Technik sind die gesammelten Wärmeübertragungsdaten vor Ort und die vorgeschlagene Methode zur Datenreduktion. Diese sind in der Lage, individuelle und voneinander abhängige Effekte der Coriolis Falten und rotierenden Auftrieb auf lokale Wärmeübertragungseigenschaften zu offenbaren.
Die Demonstration des Verfahrens werden Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai und Hong-Da Shen sein. Drei Absolventen aus meinem Labor. Das Protokoll erfordert die Verwendung eines rotierenden Rigs, das aus einer Welle besteht, die von einem Motor angetrieben wird.
Die Welle treibt eine rotierende Plattform an, die ein Testmodul unterstützt. Es hat auch ein Gegengewicht für Rotationsausgleich. Eine Infrarotkamera ist in der Lage, das Testmodul zu scannen.
Die Features des Testmoduls, das für die Datenerfassung verwendet wird, werden in diesem Explosionsansichtsschema dargestellt. Bei der Konstruktion helfen der Teflonrahmen, die Seitenwände, die Trennwände und die Oberen und Rückenplatten dabei, einen quadratischen zwei hinteren Kanal mit S-förmigen Ein- und Auslassbeinen zu definieren. Die Basis des Moduls wird an der rotierenden Plattform befestigt.
Während der Experimente tragen Edelstahlfolien-Endwände Strom, um Einen Heizfluss zu erzeugen. Kupferplatten helfen, die Folie an Ort und Stelle zu halten. Eine Luftkammer liefert Druckluftstrom durch die Basis leicht von der Mittellinie des Einlassbeins.
Schließlich geht auch der Auspuff aus dem Auslassbein durch die Basis. Einmal montiert und in Position, ist die freiliegende Folienendwand die führende Stirnwand in der Drehung. Bereiten Sie sich am montierten Prüfmodul darauf vor, die wärmeräuerische Emissivität zu messen.
Es hängt Heizfolie zwischen Infrarotkamera und Testmodul. Machen Sie die elektrischen Anschlüsse für die Heizung. Greifen Sie auf die Seite der Folie zu, die dem Prüfmodul am nächsten liegt.
Auf dieser Seite in der Mitte der Folie ein kalibriertes Thermoelement installieren. Als nächstes die Aufmerksamkeit auf die Kamera seite der Folie zu drehen. Bereiten Sie diese Seite gegenüber dem Thermoelement vor, indem Sie eine dünne Schicht schwarzer Farbe darauf sprühen.
Jetzt verwenden Gehäuse, um die Kamera in Heizfolie während der Datenerfassung zu isolieren. Führen Sie elektrische Energie an die Heizfolie, um ein symmetrisches Durchflussfeld zu erzeugen. Sobald sich das System im stationären Zustand befindet, messen Sie die Temperatur anhand von Thermoelement- und Infrarotthermographie.
Wiederholen Sie die Messung mit verschiedenen Heizkräften. Nach Abschluss der Messungen das Thermoelement aus der Folie entfernen. Bereiten Sie das Rig für Wärmeübertragungstests vor.
Dazu gehören Geräte zum Druck auf den Prüfkanal. Seien Sie darauf vorbereitet, das Gegengewicht anzupassen, um das Gleichgewicht der Anlage herzustellen. Überprüfen oder etablieren Sie zunächst das statische Auswuchten des rotierenden Rigs.
Sobald er erreicht ist, bleibt der Rotor in jeder Winkelposition, auf die er eingestellt ist. Für ein dynamisches Auswuchten beginnen Sie das Rig mit der gewünschten konstanten Geschwindigkeit. Beginnen Sie mit der Infrarot-Bildgebung, und zeigen Sie die aufgenommenen Bilder an.
Wenn sich das Rig nicht in einem dynamischen Gleichgewicht befindet, ist das thermografische Bild aus den Messungen nicht stabil. Um ein dynamisches Gleichgewicht zu erreichen, passen Sie das Gegengewicht schrittweise an. Wenn eine dynamische Balance erreicht ist, wird es unter den Laufbedingungen ein stabiles Wärmebild geben.
Entfernen Sie das Prüfmodul vom rotierenden Rig und bringen Sie es auf eine Bank. Als nächstes Zugriff auf die Module Kühlmittelkanal. Haben Wärmedämmmaterial zur Verfügung, in diesem Fall Isolierfaser.
Füllen Sie den Kühlmittelkanal zum Prüfmodul mit der Wärmedämmung. Hier ist der Kanal ausreichend gefüllt für die nächsten Schritte im Protokoll. Setzen Sie das Testmodul wieder zusammen und bereiten Sie es für die Wiedermontage auf dem Rig vor.
Schließen Sie die gesamte Stromversorgung in Instrumentenkabeln wieder an. Bringen Sie das Prüfmodul an das rotierende Rig zurück, wenden Sie die Heizleistung an und stellen Sie die Bedingungen für die Messung ein. Überwachen Sie die Wandtemperatur im Laufe der Zeit, in der Regel mehr als drei Stunden.
Die Temperaturen an den beiden Sehenswürdigkeiten werden unterhalb des Wärmebildes dargestellt. Wenn die Temperaturabweichung weniger als 0,3 Kelvin beträgt, notieren Sie die Wand bei den Umgebungstemperaturen und der Heizleistung. Nehmen Sie mehrere Messungen vor und variieren Sie systematisch die Heizung, Die Drehzahl und die Richtung.
Wenn Sie fertig sind, nehmen Sie das Modul zurück zu einer Bank, um das Isoliermaterial zu entfernen, bevor Sie es wieder auf dem Rig montieren. Führen Sie als Nächstes den Wärmeübertragungstest mit dem Testmodul durch. Starten Sie die für das Experiment entwickelte Kalkulationstabelle.
Definieren Sie in den entsprechenden Zellen die geometrischen Parameter, die dem Testmodul zugeordnet sind. Starten Sie beim Einrichten den Kühlmittelfluss in den Testkanal. Geben Sie in der Tabelle die Messwerte für Umgebungs- und Flüssigkeitstemperaturen, Kühlmittelmassendurchfluss, atmosphärischen Druck und den gemessenen Kühlmittel-Statikdruck ein.
Die Software berechnet die Reynolds-Zahl und zeigt sie an. Wenn es sich nicht um die gewünschte Reynolds-Zahl handelt, ändern Sie die Kühlmittelmassendurchflussrate. Geben Sie dann die gemessenen Parameter erneut ein, um die neue Reynolds-Nummer zu finden.
Aktivieren Sie mit der eingerichteten Reynolds-Nummer das Thermografiesystem. Als nächstes liefern und regulieren Sie die Heizleistung, um die Wandtemperatur einzustellen. Stellen Sie sicher, dass die Temperatur einen stationären Zustand beim vordefinierten Wert erreicht hat, indem Sie überprüfen, ob das zeitliche Wandtemperaturprofil flach ist.
Geben Sie in der Kalkulationstabelle die gemittelte Wandtemperatur über dem gescannten Bereich ein. Geben Sie auch die Heizspannung und den Heizstrom ein. Bei Basistests werden die Daten für die Nachbearbeitung gespeichert, sobald die Bedingungen festgelegt sind.
Für den rotierenden Wärmeübertragungstest wird durch Aktivieren des Motors fortgesetzt, um mit der Rotation zu beginnen. Geben Sie die Drehzahl der Welle in die Kalkulationstabelle ein. Die Software bestimmt die Rotationsnummer für die aktuellen Bedingungen.
Passen Sie die Drehzahl an, um die angestrebte Rotationsnummer zu erhalten. Um die gewünschten Reynolds- und Notationsnummern in einem stabilen Zustand zu erreichen, kann es notwendig sein, die Kühlmitteldurchflussmenge zu optimieren. Rotationsgeschwindigkeit und Heizleistung mehrmals.
Speichern Sie alle rotierenden Wärmeübertragungsdaten für die Nachbearbeitung. Sammeln Sie weiterhin systematisch Daten für verschiedene Werte der experimentellen Parameter. In diesen Bildern des S-Kanal-Testmoduls mit Kühlmittelströmen bei verschiedenen Reynolds-Zahlen gibt es räumliche Variationen von Nusselt-Zahlen aufgrund von Durchwirbeln induzierten Fliehkräften.
Diese Parzellen spiegeln die flächengemittelten Wärmeübertragungseigenschaften über den führenden und nachfolgenden Endwänden des S-Kanalmoduls wider. Die Drehung zum statischen Nusselt-Zahlenverhältnis als Funktion der Auftriebszahl geht von unten nach oben für die Vorderwand. Bei der nachgestellten Randwand liegt das Verhältnis nie unter einem.
Beachten Sie, dass bei festen Rotationsnummern und unterschiedlichen Reynolds-Zahlen die normalisierten Nusselt-Zahlen über einen kleinen Bereich variieren. Verschiedene Kanaltypen haben unterschiedliches Verhalten. Für eine bestimmte Rotationsnummer ergibt die Extrapolation auf Null Auftrieb den Wärmeübertragungsgrad aufgrund von Coriolis Kräften mit verschwindendem Auftrieb für die führende Wand.
Ähnliche Analysen funktionieren für die Hinterwand. Hier ist die Variation des Rotations- zum statischen Nusselt-Zahlenverhältnis bei verschwindendem Auftrieb als Funktion der Rotationszahl für verschiedene Kanalgeometrien. Die Daten zeigten die entkoppelten Coriolis-Krafteffekte auf die flächendurchschnitten Wärmeübertragungseigenschaften der führenden und nachfolgenden Kantenendwände.
Diese Daten zeigen, welche Auswirkungen die Auftriebszahl auf die Wärmeübertragungseigenschaften eines rotierenden Kanals hat, ist rotationsabhängig. So kann diese Methode einen Einblick in die Kühlleistung des rotierenden Kanals innerhalb eines Gussturbinenrotorblatts geben. Es kann auch auf andere Systeme wie amature Kühlung von reichen Kernmotor angewendet werden.
Im Allgemeinen sind Personen, die mit dieser Methode oder diesem Zyklus neu sind, weil die Wärmeübertragungsmessung von einer rotierenden Oberfläche schwierig ist. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 100 Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig durchgeführt wird. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, ständig nach Kühlmittelflusslecks zu suchen.
Nach ihrer Entwicklung ebnet diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Gussturbinenmotoren, um die volle Feldnusselt-Nummernverteilung in Rotorblättern zu erforschen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Effekte von Coriolis-Falten und rotierenden Auftrieb auf Vollfeldagenten entkoppeln können, um Eigenschaften der rotierenden Kanäle und Anwendungen zum Rollen turbinenrotoren zu erzielen.
