כוח קוריוליס uncoupling ואפקטים ציפה מסתובב על שדה מלא חום להעביר את המאפיינים של ערוץ מסתובב

Shyy Woei Chang; Wei-Ling Cai; Hong-Da Shen; Kuo-Ching Yu

doi:10.3791/57630

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Method Article

כוח קוריוליס uncoupling ואפקטים ציפה מסתובב על שדה מלא חום להעביר את המאפיינים של ערוץ מסתובב

DOI:

10.3791/57630

⸱

October 5th, 2018

Shyy Woei Chang¹, Wei-Ling Cai¹, Hong-Da Shen¹, Kuo-Ching Yu¹

¹Department of System and Naval Mechatronic Engineering, National Cheng Kung University

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Summary

כאן, אנו מציגים שיטה ניסיונית עבור decoupling כוח קוריוליס בתלות ואפקטים ציפה סיבוב על העברת חום מלא-שדה הפצות ערוץ מסתובב.

Abstract

שיטה ניסיונית עבור חקר המאפיינים העברת החום של ערוץ axially מסתובב מוצע. מפרמטרי הזרם השולטים המאפיינות את התופעות תחבורה בערוץ מסתובב מזוהים באמצעות ניתוח פרמטרית של המשוואות תנע ואנרגיה מתייחס מסגרת ייחוס מסתובבת. בהתבסס על משוואות הזרימה שהוא אלה, אסטרטגיית ניסיוני המקשרת את העיצוב של המודול מבחן, התוכנית הניסיונית, ניתוח הנתונים שניסח עם הניסיון לחשוף את כוח קוריוליס מבודד ואפקטים ציפה על חום העברת הופעות. ההשפעות של כוח קוריוליס וסיבוב ציפה מומחשים באמצעות התוצאות סלקטיבי נמדד מלהסתובב לערוצי גיאומטריות שונות. בעוד כוח קוריוליס, ציפה סיבוב השפעות לשתף מספר תכונות משותפות בין הערוצים השונים מסתובב, החתימות העברת חום מיוחדת נמצאים בשיתוף עם כיוון הזרימה, הצורה ערוץ, הסידור של חום העברת שיפור התקנים. בין התצורות זרימה של הערוצים מסתובב, השיטה הניסיונית הציג מאפשר ההתפתחות של מתאמים העברת חום עקבית פיזית כי היתר הערכת בתלות מבודדים -כוח קוריוליס, סיבוב-ציפה השפעות על החום להעביר מאפיינים של סיבוב ערוצים.

Introduction

ואילו חוקים תרמודינמי מכתיב את העוצמה ספציפי משופרת ואת הנצילות התרמית של מנוע טורבינת גז על ידי העלאת הטמפרטורה כניסה טורבינה, מספר רכיבי מנוע חם, כגון להבי טורבינות, נוטים נזק תרמי. קירור פנימיים להב הרוטור טורבינת גז היתרי כניסה טורבינה חום מעל לגבולות טמפרטורה של ההתנגדות השרץ של החומר להב. עם זאת, התצורות של תעלות קירור פנימיים חייב לציית לפרופיל להב. בפרט, הקירור מסתובב בתוך להב הרוטור. בתנאים הקשים האלה תרמית עבור להב הרוטור פועל טורבינת גז, ערכת קירור יעיל להב חיוני להבטיח השלמות של המבנה. לפיכך, מאפייני העברת חום מקומי עבור ערוץ מסתובב חשובים עבור השימוש יעיל של זרימת נוזל קירור מוגבלת זמין. הרכישה של חום שימושי העברת הנתונים הרלוונטיים העיצוב של המעברים קירור פנימיים-מנוע מציאותי התנאים ישנה חשיבות רבה כאשר שיטה ניסיונית מפותחת למדידת חום העברת מאפייני מדומה קירור פנימה להב הרוטור טורבינת גז.

סיבוב במהירות מעל 10,000 סל ד משנה במידה ניכרת את ביצועי קירור ערוץ מסתובבת פנימה להב הרוטור טורבינת גז. הזיהוי של מנוע התנאים עבור ערוץ כזה מסתובב מותר באמצעות החוק דמיון. עם סיבוב, הקבוצות שהוא לשלוט התופעות תחבורה בתוך ערוץ בצורה רדיאלית מסתובב יכול להתגלות על ידי שתנבע המשוואות זרימה יחסית מסגרת ייחוס מסתובבת. מוריס¹ יש לגזור את המשוואה שימור תנע של זרימה יחסית מסגרת ייחוס מסתובבת כמו:

figure-introduction-1312 (1)

משוואה (1), מהירות נוזלים מקומיים, v̄, עם וקטור המיקום, r̄, ביחס ייחוס מסתובבת במהירות זוויתית, ω, מושפע את האצת קוריוליס במונחים של 2 (ω×v̄), decoupled ציפה צנטריפטלי לכפות, β(T-T_ref) (ω×ω×r̄), מעבר הצבע מונע לחץ piezo-מטרי, figure-introduction-1745 , ואת צמיגות דינאמית נוזלים, ν. צפיפות הנוזל שאליו בוצעה הפניה, ρ_ref, נקרא מוגדרים מראש התייחסות נוזל טמפרטורה T_ref, האופייני הטמפרטורה צובר נוזלים המקומית לניסויים. אם ההמרה בלתי הפיך של אנרגיה מכנית לאנרגיה תרמית הוא זניח, המשוואה שימור אנרגיה מופחתת ל-:

figure-introduction-2153 (2)

המונח הראשון של המשוואה (2) מתקבל על ידי טיפול ה אנתלפיה ספציפי להיות קשורה ישירות נוזלים שהטמפרטורה, T, באמצעות החום ספציפי מתמדת, C_p. כמו ההפרעות של צפיפות נוזל הנגרם על ידי הווריאציות של טמפרטורת נוזל בערוץ מסתובב מחוממת מספק השפעה על התנועה של נוזלים בעת מקשר האצת צנטריפטלי במשוואה (1), מהירות נוזלים, שדות הטמפרטורה בערוץ axially מסתובב הם ביחד. גם, קוריוליס והאצות צנטריפטלי להשתנות בעת ובעונה אחת כמו מהירות סיבוב מכוונן. לכן, באופן טבעי יחד את השפעות כוח קוריוליס וסיבוב ציפה על השדות של מהירות נוזלים ואת הטמפרטורה.

משוואות (1), (2) בטפסים שהוא יחשוף מפרמטרי הזרם המפקחים על הסעת חום חום בערוץ מסתובב. עם זרם חום אחיד בעיקרון המוטלות על ערוץ מסתובב, הטמפרטורה המקומית נוזלים בצובר, T_b, מגדילה באופן ליניארי לכיוון streamwise, s, מרמת כניסת הפניה, T_ref. הטמפרטורה המקומית צובר נוזלים נקבע T_ref + τs, איפה τ המילוי ההדרגתי של הטמפרטורה נוזלים בצובר בכיוון של זרימה. החלפות של הפרמטרים שהוא הבאים של:

figure-introduction-3322 (3)

figure-introduction-3419 (4)

figure-introduction-3516 (5)

figure-introduction-3613 (6)

figure-introduction-3710 (7)

לתוך משוואות (1) ו- (2), שבו V_כלומר, N , d בהתאמה מסמלת את הזרימה אכזרי מהירות, מהירות סיבוב, קוטר הידראולי ערוץ, זרימה שהוא תנע ואנרגיה המשוואות נגזרים כמו משוואות (8) ו- (9) בהתאמה.

figure-introduction-4057 (8)

figure-introduction-4154 (9)

מסתבר η במשוואה (9) היא פונקציה של Re, Ro Bu = Ro²βτdR, אשר בהתאמה מכונים מספרי ריינולדס, סיבוב, ציפה. המספר Rossby מכמתת את היחס בין אינרציאלית כוחות קוריוליס הוא שווה ערך למספר הסיבוב הפוך במשוואה (8).

כאשר T_b מחושב T_ref + τs בערוץ מסתובב כפוף שטף חום אחיד, ניתן להעריך לחלופין הערך τ בתור Q_f/ (mC_pL) באיזה Q _f, m ו- L הם הכוח הולכת חום חימום, קירור המוניים קצב הזרימה ולתקשר אורך, בהתאמה. לפיכך, הטמפרטורה שהוא צובר נוזלים מקומי, η_bשווה ל- s/d והטמפרטורה שהוא ערוץ הקיר, η_w, התשואות [(T_w-T_b ) /Q_f] [mC_p] [L/d] +s/d. עם קצב ההעברה של הולכת חום חום הגדיר Q_f/ (T_w-T_b), ההבדל שהוא קיר-כדי-נוזל טמפרטורה, η_w-η_b, הוא להמרה למספר Nusselt המקומי באמצעות משוואה (10) ב אילו אפי היא הפונקציה שהוא צורה של חימום אזור ואזור המודולרית של ערוץ.

figure-introduction-5519 (10)

עם סט של גיאומטריות מראש ועל תנאי גבול hydrodynamic, תרמי, הקבוצות שהוא לשלוט על מספר Nusselt המקומי של ערוץ מסתובב מזוהים:

figure-introduction-5771 (11)

figure-introduction-5871 (12)

figure-introduction-5971 (13)

עם בדיקות ניסויית, ההתאמה של סיבוב מהירות, N, משתנות Ro להפיק את העברת החום נתונים עוצמות שונות של כוחות קוריוליס באופן בלתי נמנע משנה את האצת צנטריפטלי, וכך, הכוח היחסי של סיבוב ציפה. יתר על כן, ערכה של חום העברת נתונים שנאספו מתוך ערוץ מסתובב כפוף תמיד תואר סופיים של סיבוב אפקט ציפה. לחשוף את ההשפעות בודדים של כוח קוריוליס, ציפה על העברת חום הביצועים של ערוץ מסתובב דורש את uncoupling של ההשפעות Ro בועה , על מאפייני Nu על התהליך של עיבוד נתונים פוסט זה הוא כלול בשיטה ניסויית הנוכחי.

ניתן לציין את התנאים זרימה מנוע ומעבדה עבור ערוץ מסתובבת פנימה להב הרוטור טורבינת גז לפי הטווחים של Re, Ro Bu. התנאים מנוע טיפוסי עבור הקירור זורמת דרך להב הרוטור של טורבינת גז, כמו גם הבנייה ואת ההכרזה של המתקן מסתובב מבחן שמותר ניסויים כדי לבצע ליד התנאים מנוע בפועל דווח על ידי מוריס². איור 1 , בהתאם לתנאים מנוע מציאותי מסוכמים על-ידי מוריס², בונה התנאים ההפעלה מציאותי מבחינת טווחי Re, רו , Bu עבור ערוץ מערכת קירור מסתובבת בלהב הרוטור טורבינת גז. איור 1, הסימן של המצב הגרוע של המנגנון הוא המכונה את המנוע פועל מצב את מהירות הרוטור הגבוהה ביותר ואת היחס הצפיפות הגבוהה ביותר. איור 1, הגבול התחתון ואת מנוע הגרוע ביותר הפועלים תנאים בהתאמה להגיח במהירויות המנוע הגבוהים והנמוכים. . זה קשה מאוד למדוד את התפלגות Nu מלא-השדה של ערוץ מסתובב פועל במהירות מנוע אמיתי בין 5000 ו- 20,000 סל ד... עם זאת, בהתבסס על החוק דמיון, בדיקות מעבדה-סולם נערכו במהירות סיבוב מוקטנת אך עם מספר נסיונות כדי לספק כיסוי מלא של אמת-מנוע Re, רו , Bu הטווחים. בתור שיטה ניסיונית חדשנית, נאס א מארח תוכנית³^,⁴^,⁵^,⁶ אימצה את הבדיקות בלחץ גבוה בשביל להגדיל את צפיפות נוזל-מראש רי ב כדי להרחיב את טווח Ro על-ידי הפחתת המהירות נוזלים מרושע. בהקשר זה, הקשר ספציפי בין Re, Ro Bu עבור גז אידאלי עם קבוע הגזים, R_c, צמיגות, μ, קשורים כמו:

figure-introduction-8277 (14)

figure-introduction-8377 (15)

להכניס את תנאי מעבדה הנומינלי ההתכתבות עם מנוע תנאים ראה איור 1, סיבוב מהירות, N, מערכת קירור לחץ, P, ערוץ קוטר הידראולי, d, סיבוב ברדיוס R, ו- הפרש הטמפרטורה קיר-כדי-נוזל, T_w-T_b, צריך להיות מבוקר על התאמת טווחים Re, רו , אבל מציאותי. . בבירור, לאחת הגישות היעילות ביותר כדי להרחיב את טווח Ro היא להגדיל ערוץ קוטר הידראולי, כמו Ro הוא יחסי d². כמו הבדיקה העברת חום מעבדה מציאותי N הוא קשה מאוד, הלחץ נוזל קירור, P, הוא יותר מבחינה טכנית יגודל להארכת טווח Ro ; גם אם Ro הוא רק פרופורציונליים ל- P. על סמך הרקע התיאורטי הזה, פילוסופיית העיצוב של השיטה הניסיונית הנוכחית היא להגדיל Ro מאת מתאים לחץ את הערוץ מבחן מסתובב באמצעות הערוץ המרביים קוטר הידראולי מותר להכניס המתקן מסתובב. יש גדל הטווח Ro , טווח Bu בהתאם מורחב כמו Bu הוא יחסי רו². איור 1, התנאים מבחן מעבדה אימצה כדי ליצור את הנתונים העברת החום של סיבוב ערוצים הם גם כלולים³^,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. כמצוין באיור1, סיקור מנוע מציאותי תנאים על ידי חום זמינים העברת הנתונים הוא עדיין מוגבל, במיוחד עבור הטווח Bu הנדרש. פתח והסימנים בצבע מוצק מתואר באיור 1 הם הניסויים העברת חום מחודדות ותחום מלא, בהתאמה. כפי שנאספו באיור1, רוב החום להעביר נתונים עם יישומים לקירור טורבינת גז הרוטור להבים¹^,²^,³^,⁴^,⁵^, ⁶ ^, ⁷ ^, ⁸ ^, ⁹ ^, ¹⁰ ^, ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁴ ^, ¹⁵ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ ^, ²⁵ ^, ²⁶ הן מדידות באמצעות השיטה צמד תרמי. ההשפעות הולכה קיר על מדידת הקיר מוליך חום שטף ולערער הטמפרטורות-נוזל-קיר ממשקים האיכות של חום העברת נתונים שהומרו מהמדידות צמד תרמי. כמו כן, את החום העברה מדידות¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^, ⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ ^, ²⁵ ^, ²⁶ בשיטת צמד תרמי אינו יכול לזהות את הווריאציות העברת חום דו-ממדית על-גבי משטח מסתובב. עם בהווה השיטה הניסיונית²⁹^,³⁰^,³¹^,³², הגילוי של הפצות מספר Nusselt מלא-השדה מעל החומה ערוץ מסתובב מותר. צמצום אפקט הולכה קיר באמצעות 0.1 מ מ עבה מפלדת foils במספרים ביו >> 1 כדי ליצור את הכוח חימום על ידי השיטה הניסיונית הנוכחית מתיר את מימדי חום בהולכה של חימום מסכל זרימת נוזל קירור. בפרט, רכישת שדה מלא חום העברת נתונים מעורבים תופעות בועה Ro , אינה מותרת באמצעות הטכניקה גביש נוזלי ארעי ושיטת צמד תרמי. עם הנוכחי גביש נוזלי מצב יציב הדמאה תרמית שיטת¹⁹, הטווח לזיהוי בטמפרטורה של 35-55 מעלות צלזיוס מנטרלת את הדור של חום העבר נתונים עם יחס צפיפות מציאותי.

באמצעות הפרמטרים זרימה המסדירים את הסעת חום חום בערוץ מסתובב כדי להדגים כי כיסוי מלא של תנאי מנוע מציאותי ראה באיור 1 לא עדיין לא הושג, אז צורך לרכוש חום מלא-השדה להעביר נתונים במהירות מנוע מציאותי בתנאי דחק ברציפות. השיטה הניסיונית הנוכחית מאפשרת את הדור של העברת החום מלא-שדה עם כוח קוריוליס וגם סיבוב-ציפה אפקטים זוהה. הפרוטוקולים מכוונים מסייע החוקרים לתכנן אסטרטגיית ניסיוני הרלוונטי למדידה העברת חום מלא-שדה מציאותי של ערוץ מסתובב. יחד עם שיטת ניתוח פרמטרית ייחודית השיטה הניסיונית הנוכחית, הדור של מתאם העברת חום להערכת בתלות מבודדים Ro בועה , ההשפעות על Nu מותר.

המאמר מדגים שיטה ניסויית שמטרתה הפקת הנתונים העברת חום דו-ממדית של ערוץ מסתובב עם זרימה תנאים דומים לתנאים מנוע טורבינת גז מציאותי אבל פועלים במהירויות סיבוב נמוך בהרבה ב מעבדות. השיטה שפותחה כדי לבחור את מהירות סיבוב, הקוטר ההידראולי של מבחן ערוץ על הטווח של הבדלי טמפרטורה קיר-כדי-נוזל לרכישת ותזוזת החום נתונים במהירות מנוע מציאותי תנאים מודגם במבוא. בדיקות הכיול אובדן חום בבדיקות הכיול עבור מערכת הדמאה תרמית אינפרא-אדום, ומוצגים הפעולה של המתקן מסתובב של מבחן העברת החום. גורמי אי הוודאויות משמעותי חום להעביר מדידות וההליכים decoupling קוריוליס-הכוח ואת ההשפעות ציפה על המאפיינים העברת החום של ערוץ מסתובב מתוארים במאמר עם סלקטיבי תוצאות כדי להדגים את השיטה הניסיונית הנוכחית.

Protocol

הערה: הפרטים של סיבוב מתקני בדיקה, חדרי קירור והקפאה, עיבוד נתונים, המודול מבחן העברת חום חיקוי של ערוץ קירור פנימיים להב הרוטור טורבינת גז נמצא שלנו הקודם עבודות²⁹^,³⁰^,³¹ ^,³².

1. הכנת מבחנים העברת חום

לנסח את התנאים ניסיוני Re, רו , Bu מן התנאים מבצע ממוקד של להב הרוטור טורבינת גז.
לקבוע את N, P, d, Rו- T_w - T_b לצורך רכישת Reשנבדקו, רו , Bu באמצעות משוואות (14) ו- (15).
מחדש מגדירים את מיקוד Re, Ro בועה , אם N, P, d, Rו- T_w - T_b חורג מהמגבלה של מתקנים ניסיוניים.
לעצב ולבנות את המודול מבחן העברת חום שקנה המידה שלה השתנה הדמיית ערוץ מעשי קירור פנימיים להב הרוטור טורבינת גז².

2. קביעת מקדם תרמי אמיסיביות עבור מערכת הדמאה תרמית אינפרא-אדום

התקן את צמד תרמי מכוילת על הצד האחורי של מסכל חימום מפלדת שנסרקו.
לרסס שכבה דקה של צבע שחור על מסכל חימום מפלדת סרק על ידי מצלמה אינפרא-אדום.
ליצור שדות זרימה סימטרית על שני צידי מסכל חימום מפלדת על-ידי הצבת תשובה מכשילה מפלדת אנכי דק בחלל עם תזרימי הולכת חום חינם על שני הצדדים של מסכל חימום אנכי.
להאכיל חימום חשמלי כוח באמצעות חימום מסכל ומדידת טמפרטורות בו-זמנית על-ידי מערכת הדמאה תרמית צמד תרמי ואינפרא מהתצוגה המחשב במצב יציב.
חזור על שלב 2.4 לפחות ארבע פעמים באמצעות גבוהות כוחות דוד שמש. ודא הטמפרטורות קיר המתאימים המעצמות חימום בשימוש על ידי שלבים 2.3 ו- 2.4 מכסים את הטווח T_w נקבע על ידי השלב 1.2.
לחשב את ערכי T_wשנסרקו על ידי מערכת הדמאה תרמית אינפרא אדום באמצעות מספר מקדמי אמיסיביות תרמית סלקטיבית עבור התוכנית ממירה את אותות אינפרא-אדום נתוני טמפרטורה.
להשוות את הנתונים T_w נמדדת את צמד תרמי מכוילת ועל מערכת הדמאה תרמית אינפרא אדום במיקום התואם צמד תרמי ספוט עם סטיות תקן הערכה.
בחר את המקדם התרמי אמיסיביות עם סטיית תקן מינימום נקבע על ידי השלב 2.7.
לקבוע את השגיאה דיוק מרבי עבור מערכת הדמאה תרמית אינפרא אדום באמצעות המקדם התרמי אמיסיביות נקבע על ידי השלב 2.8.

3. דינמי האיזון של סיבוב האסדה

להתקין את המודול מבחן של העברת חום, את מצלמת אינפרא-אדום, המסגרת עוטף ואביזרים כל המתקן מסתובב.
התאם את המשקל מקזז בהדרגה עד התנאי המצטבר של המתקן מסתובב מספק המגבלה הרטט למדידות תרמוגרפיים אינפרא-אדום להפגין את התמונה תרמי יציב על צג המחשב.

4. הערכה של מקדמים אובדן חום

למלא בערוץ מערכת קירור של המודול מבחן העברת חום עם חומר בידוד תרמי.
להתקין את המודול מבחן מלא על המתקן מסתובב הבדיקה על-ידי התאמת המודול מבחן על פלטפורמה מסתובבת וחיבור את אספקת החשמל המחמם, כל הכבלים פלייבק.
להפעיל את מערכת רכישת נתונים לסריקה הזמני T_w וריאציה על כוח חימום עד התנאי מצב יציב מתקיים. להבטיח כי הזמני T_w גרסאות במהלך סריקות רציפות מספר קיימים פחות מ +0.3 K בכל תנאי מצב יציב.
שיא הכוח מחמם, מצב יציב נתונים T_w , את טמפרטורת המתאימים, T_∞.
חזור על שלבים 4.3 ו- 4.4 לפחות חמש פעמים באמצעות כוחות חימום שונים במהירות סיבוב קבוע.
חזור על שלבים 4.2-4.4 לפחות חמש מהירויות סיבוב. ודא כי הטווח מבחן של מהירות סיבוב מכסה את כל ערכי N נקבע על ידי השלב 1.2.
חזור על שלבים 4.3-4.6 בכיוון סיבוב הפוך.
לבנות החלקות של חום שטף הפסד כנגד קיר-כדי-טמפרטורת הסביבה הבדל במהירות סיבוב בכל.
לתאם את מקדמי אובדן חום כמו הפונקציות של קיר-כדי-טמפרטורת הסביבה ההבדל, סיבוב כיוון הסיבוב ומהירות.
לשלב המתאם אובדן חום התוכנית תהליך פוסט נתונים עבור חשבונאות Nu .

5. הבסיס חום העברת מבחנים

לבצע בדיקות העברת החום פילוח ריינולדס מספרים במהירות סיבוב אפס (Ro = N = 0) מאכילים זורם נוזל קירור וכוחות חימום במודול הבדיקה. ודא שקצב זרימת מסה של מערכת קירור שסופקו מכוונן באופן קבוע על מנת לשלוט מספר ריינולדס על המטוס ערך הזרימה עם ערך מיקוד.
לתעד את כל raw הנתונים הרלוונטיים, כולל מצב יציב קיר טמפרטורות, טמפרטורת נוזל, חימום כוחות, זרימה לחצים ו אמביינט לחצים, טמפרטורות, לעיבוד הנתונים הבאים.
להעריך את ותושבי האזור בממוצע Nusselt המספרים (Nu₀) את החומות ערוץ סרוקים סטטי.

6. סיבוב בדיקות העברת חום

להתקין את תוכנית הניטור מאפשר לעקוב אחר התנאים בדיקת מיקוד Re , רו.
להאכיל את מערכת קירור נמדד קצב זרימת מסה, לחץ זרימת אוויר, סיבוב המהירות ואת טמפרטורת נוזל בכניסה ערוץ לתוכנית ניטור כדי לחשב את מיידית רי ו- Ro.
לתעד את כל raw הנתונים הרלוונטיים, כגון סיבוב מהירות, דוד חשמל, זרימת אוויר, לחצים הסביבה, כמו גם הטמפרטורות קיר ונוזלים לעיבוד נתונים עוקבות אחרי התנאי מצב יציב מוגדר מראש מתקיים.
חזור על שלבים 6.2, 6.3 לפחות ארבעה בסדר עולה או יורד כוחות דוד-סט קבוע Re ו- Ro. ודא מבחן רי ו- Ro הסתיו בתוך ±1 ההבדלים % מהערכים מיקוד על-ידי התאמת מהירות סיבוב או את קצב זרימת מסה של מערכת קירור או שניהם.
ודא כי הבדיקות העברת חום-כל קבוצה של קבוע רי ו- Ro עם חימום שונים כוחות מבוצעות באופן רציף כמו פיתוח תזרימי ציפה המושרה משויך "ההיסטוריה" של התפתחות זרימת.
חזור על שלבים 6.4 ו- 6.5 עם ארבעה או חמישה מיקוד מספרי ריינולדס (Re) במספר סיבוב קבוע (Ro). להבטיח שמהירות סיבוב מכוונן כראוי-כל בדיקה מחדש כדי לשלוט Re ו- Ro -ערכי מיקוד ±1% הבדלים.
חזור על שלב 6.6 באמצעות ארבעה או חמישה מיקוד סיבוב מספרים (Ro).
חזור על שלבים 6.2 ל 6.7 בכיוון סיבוב הפוך.
להעריך את ותושבי האזור בממוצע Nusselt המספרים (נו) מעל קירות ערוץ סרוקים מסתובב באמצעות תוכנית עיבוד נתונים פוסט.

7. ניתוח פרמטרית

לתאם בממוצע-אזור Nusselt המספרים (Nu₀) שנאספו מן התעלה סטטיות לתוך הפונקציות של מספר ריינולדס.
להעריך מלא-שדה מקומי נו/ יחסינו₀ -כל קבוע רי ו- Ro נבדק עם בממוצע באזור נו/נו₀ יחס מחושב.
לאמת את הישימות של בידוד Re השפעה על-ידי התוויית ותושבי האזור בממוצע נו/נו₀ יחסי שהושג עם שונה Re אך זהים Ro.
לחשוף את ההשפעות מבודד של סיבוב ציפה על מאפייני העברת החום של הערוץ מבחן מסתובב ידי בממוצע באזור נו/נו₀ יחסי שייאסף אותו רו עם שונה Re נגד יחס Bu או צפיפות (Δρ/ρ). להבטיח את הבחירה עדיפה של מסכה או Δρ/ρ לבנות סוג זה של העלילה להשגת המגמה נתונים עקבי עם מבנה פונקציונאלי פשוט חום העברה המתאם.
בצע אקסטרפולציה כל Nu/נו₀ נתוני המגמה שייאסף קבוע Ro אבל שונים מחדש לתוך התנאי המגביל של →0 או Δ Buρ/ρ→0.
לאסוף את כל משוערים של Nu/נו₀ תוצאות עם מסכה→0 או Δρ/ρ→0 אצל כל נבדק רו.
להתוות את משוערים נו/נו₀ תוצאות עם ציפה שנכחדה אינטראקציה נגד רו לחשוף את קוריוליס חשיפות כוח ההשפעה על המאפיינים העברת החום.
לתאם את תוצאות הבדיקה שנאספו על ידי שלבים 7.4 ו- 7.7 לתוך הפונקציות של בועה, רו .

תוצאות

תנאי ההפעלה מציאותי זורם נוזל קירור פנימיים בתוך להב טורבינת גז מסתובבת Re, רו , Bu מושווים עם התנאים מעבדה מדומה באיור1. נקודות הנתונים ליפול בתנאים מנוע מציאותי באמצעות השיטה הניסיונית נוכח לסכם את הפרוטוקולים¹¹^,¹⁴^,

Discussion

בעוד הטמפרטורות endwall של ערוץ מסתובב מזוהים על ידי מערכת הדמאה תרמית אינפרא-אדום, הטמפרטורות נוזלים נמדדים לפי ייעוד שונה. כמו השדה המגנטי חלופית של מנוע AC שמניע מעטה מסתובב המניע בפוטנציאל החשמלי להתערב המדידות צמד תרמי, מנוע DC חייב להיות מאומץ לנהוג מעטה מבחן מסתובב.

התפלג?...

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

עבודות המחקר הנוכחי היה מבחינה כלכלית בחסות משרד המדע, הטכנולוגיה של טייוואן תחת המענק לבטחון לאומי 94-2611-E-022-001, לבטחון לאומי 95-2221-E-022-018, לבטחון לאומי 96-2221-E-022-015MY3 ו- 97-2221-E-022-013-MY3 לבטחון לאומי.

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

References

Morris, W. D. . Heat transfer and fluid flow in rotating coolant channels. , ISBN 0471101214 (1981).
Morris, W. D. A rotating facility to study heat transfer in the cooling passage of turbine rotor blades. Journal of Power and Energy. 210 (1), 55-63 (1996).
Wagner, J. H., Johnson, B. V., Graziani, R. A., Yeh, F. C. Heat transfer in rotating passages with smooth walls and radially outward flow. ASME Journal of Turbomachinery. 113 (1), 42-51 (1991).
Wagner, J. H., Johnson, B. V., Kopper, F. C. Heat transfer in rotating serpentine passages with smooth walls. ASME Journal of Turbomachinery. 113 (3), 321-330 (1991).
Wagner, J. H., Johnson, B. V., Steuber, G. D., Yeh, F. C. Heat transfer in rotating serpentine passages with trips normal to the flow. ASME Journal of Turbomachinery. 114 (4), 847-857 (1992).
Johnson, B. V., Wagner, J. H., Steuber, G. D., Yeh, F. C. Heat transfer in rotating serpentine passages with selected model orientations for smooth or skewed trip walls. ASME Journal of Turbomachinery. 116 (4), 738-744 (1992).
Hwang, G. J., Tzeng, S. C., Mao, C. P., Soong, C. Y. Heat transfer in a radially rotating four-pass serpentine channel with staggered half-v rib turbulators. ASME Journal of Heat Transfer. 123 (1), 39-50 (2001).
Azad, G. S., Uddin, M. J., Han, J. C., Moon, H. K., Glezer, B. Heat transfer in a two-pass rectangular rotating channel with 45-deg angled rib turbulators. ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 251-259 (2002).
Griffith, T. S., Al-Hadhrami, L., Han, J. C. Heat transfer in rotating rectangular cooling channels (AR=4) with angled ribs. ASME Journal of Heat Transfer. 124 (4), 617-625 (2002).
Al-Hadhrami, L., Griffith, T. S., Han, J. C. Heat transfer in two-pass rotating rectangular channels (AR=2) with five different orientations of 45 deg V-shaped rib turbulators. ASME Journal of Heat Transfer. 125 (2), 232-242 (2003).
Chang, S. W., Liou, T. M., Hung, J. H., Yeh, W. H. Heat transfer in a radially rotating square-sectioned duct with two opposite walls roughened by 45 deg staggered ribs at high rotation numbers. ASME Journal of Heat Transfer. 129 (2), 188-199 (2007).
Zhou, F., Lagrone, J., Acharya, S. Internal cooling in 4:1 AR passages at high rotation numbers. ASME Journal of Heat Transfer. 129 (12), 1666-1675 (2007).
Liu, Y. H., Huh, M., Han, J. C., Chopra, S. Heat transfer in a two-pass rectangular channel (AR=1:4) under high rotation numbers. ASME Journal of Heat Transfer. 130 (8), (2008).
Chang, S. W., Liou, T. M., Chiou, S. F., Chang, S. F. Heat transfer in high-speed rotating trapezoidal duct with rib-roughened surfaces and air bleeds from the wall on the apical side. ASME Journal of Heat Transfer. 130 (6), (2008).
Wright, L. M., Liu, Y. H., Han, J. C., Chopra, S. Heat transfer in trailing edge, wedge-shaped cooling channels under high rotation numbers. ASME Journal of Heat Transfer. 130 (7), 1-11 (2008).
Liou, T. M., Chen, M. Y., Tsai, M. H. Fluid flow and heat transfer in a rotating two-pass square duct with in-line 90-deg ribs. ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 260-268 (2002).
Chang, S. W., Liou, T. M., Yang, T. L., Hong, G. F. Heat transfer in radially rotating pin-fin channel at high rotation numbers. ASME Journal of Turbomachinery. 132 (2), (2010).
Rallabandi, A., Lei, J., Han, J. C., Azad, S., Lee, C. P. Heat transfer measurements in rotating blade-shape serpentine coolant passage with ribbed walls at high Reynolds numbers. ASME Journal of Turbomachinery. 136 (9), (2014).
Mayo, I., Arts, T., Ahmed, E. H., Parres, B. Two-dimensional heat transfer distribution of a rotating ribbed channel at different Reynolds numbers. ASME Journal of Turbomachinery. 137 (3), (2015).
Chang, S. W., Yang, T. L., Liou, T. M., Fang, H. G. Heat transfer in rotating scale-roughened trapezoidal duct at high rotation numbers. Applied Thermal Engineering. 29 (8), 1682-1693 (2009).
Liou, T. M., Chang, S. W., Chen, J. S., Yang, T. L., Lan, Y. A. Influence of channel aspect ratio on heat transfer in rotating rectangular ducts with skewed ribs at high rotation numbers. International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (23), 5309-5322 (2009).
Huh, M., Liu, Y. H., Han, J. C. Effect of rib height on heat transfer in a two pass rectangular channel (AR = 1:4) with a sharp entrance at high rotation numbers. International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (19), 4635-4649 (2009).
Xu, G., Li, Y., Deng, H. Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rotating two-pass square channel with asymmetrical 90-deg rib turbulators. Applied Thermal Engineering. 80 (5), 386-395 (2015).
Tao, Z., Yang, M., Deng, H., Li, H., Tian, S. Heat transfer study in a rotating ribbed two-pass channel with engine-similar cross section at high rotation number. Applied Thermal Engineering. 106 (5), 681-696 (2016).
Li, Y., Deng, H., Tao, Z., Xu, G., Chen, Y. Heat transfer characteristics in a rotating trailing edge internal cooling channel with two coolant inlets. International Journal of Heat Mass Transfer. 105 (2), 220-229 (2017).
Deng, H., Chen, Y., Tao, Z., Li, Y., Qiu, L. Heat transfer in a two-inlet rotating rectangular channel with side-wall fluid extraction. International Journal of Heat and Mass Transfer. 105 (2), 525-534 (2017).
You, R., Li, H., Tao, Z., Wei, K. Heat transfer investigation in a smooth rotating channel with thermography liquid crystal. ASME Turbo Expo. GT2016-56413, Turbomachinery Technical Conference and Exposition: Heat Transfer. 5 (B), V05BT16A006 1~10 (2016).
Morris, W. D., Chang, S. W. An experimental study of heat transfer in a simulated turbine blade cooling passage. International Journal of Heat Mass Transfer. 40 (15), 3703-3716 (1997).
Chang, S. W., Liou, T. -. M., Po, Y. Coriolis and rotating buoyancy effect on detailed heat transfer distributions in a two-pass square channel roughened by 45° ribs at high rotation numbers. International Journal of Heat Mass Transfer. 53 (7), 1349-1363 (2010).
Wang, W. J. . Heat transfer in rotating twin-pass trapezoidal-sectioned passage with two opposite walls roughened by 45 degree ribs. , (2006).
Chang, S. W., Wu, P. -. S., Chen, C. -. S., Weng, C. -. C., Jiang, Y. -. R., Shih, S. -. H. Thermal performance of radially rotating two-pass S-shaped zig-zag channel. International Journal of Heat and Mass Transfer. 115 (B), 1011-1031 (2017).
Chang, S. W., Lees, A. W., Liou, T. -. M., Hong, G. F. Heat transfer of a radially rotating furrowed channel with two opposite skewed sinusoidal wavy walls. International Journal of Thermal Sciences. 49 (5), 769-785 (2010).
Chang, S. W., Liou, T. -. M., Lee, T. -. H. Heat transfer of a rotating rectangular channel with a diamond-shaped pin-fin array at high rotation numbers. Journal of Turbomachinery Transactions of the ASME. 135 (4), (2013).
Morris, W. D., Chang, S. W. Heat transfer in a radially rotating smooth-walled tube. The Aeronautical Journal. 102 (1015), 277-285 (1998).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

140

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated:

כוח קוריוליס uncoupling ואפקטים ציפה מסתובב על שדה מלא חום להעביר את המאפיינים של ערוץ מסתובב

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

תוצאות

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Explore More Articles