Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del trasferimento di calore, tra cui molte classificate per il raffreddamento interno delle pale del rotore a turbina fusa. Il principale vantaggio di questa tecnica sono i dati di trasferimento del calore a campo completo raccolti e il metodo di riduzione dei dati proposto. Questi sono in grado di rivelare effetti individuali e interdipendenti delle pieghe Coriolis e galleggiamento rotante sulle proprietà locali di trasferimento del calore.
A dimostrare la procedura saranno Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai e Hong-Da Shen. Tre studenti laureati del mio laboratorio. Il protocollo richiede l'uso di un carro rotante costituito da un albero guidato da un motore.
L'albero aziona una piattaforma rotante che supporta un modulo di prova. Ha anche un contrappeso per il bilanciamento rotazionale. Una termocamera è in grado di scansionare il modulo di prova.
Le funzionalità del modulo di test utilizzato per la raccolta dei dati sono raffigurate in questo schema di visualizzazione esplosa. Una volta costruito, il telaio in Teflon, le pareti laterali, i divisori e le piastre superiore e posteriore aiutano a definire un canale quadrato a due passati con gambe di ingresso e uscita a forma di S. La base del modulo si attacca alla piattaforma rotante.
Durante gli esperimenti, le pareti finali in lamina di acciaio inossidabile trasportano corrente per generare flusso di riscaldamento. Le piastre di rame aiutano a tenere il foglio in posizione. Una camera Plenum ad aria fornisce un flusso d'aria pressurizzato attraverso la base leggermente fuori dall'ala centrale della gamba di ingresso.
Infine, lo scarico dalla gamba di uscita passa anche attraverso la base. Una volta assemblata e posizionata, la parete finale in lamina esposta è la parete finale principale nella rotazione. Al modulo di prova montato, prepararsi a misurare l'emissività termica.
C'è un foglio riscaldante tra la fotocamera a infrarossi e il modulo di prova. Effettuare i collegamenti elettrici per il riscaldamento. Accedere al lato del foglio più vicino al modulo di prova.
Su quel lato al centro del foglio installare una termocopia calibrata. Successivamente girare l'attenzione sul lato rivolto della fotocamera del foglio. Preparare questo lato di fronte alla termocopia spruzzandovi un sottile strato di vernice nera.
Ora impiegando l'involucro per isolare la fotocamera nel foglio riscaldante durante la raccolta dei dati. Alimentare l'energia elettrica alla lamina riscaldante per creare un campo di flusso simmetrico. Una volta che il sistema è allo stato stazionato, misurare la temperatura mediante termocopia e termografia a infrarossi.
Ripetere la misurazione con diverse potenze riscaldatori. Dopo aver completato le misurazioni, rimuovere la termocopia dal foglio. Avere il carro pronto per effettuare test di trasferimento del calore.
Ciò include apparecchiature per la pressurizzazione del canale di prova. Preparati a regolare il peso di controbilanciamento per stabilire l'equilibrio del carro. Verificare o stabilire innanzitutto il bilanciamento statico del carro rotante.
Una volta raggiunto, il rotore rimarrà in qualsiasi posizione angolare su cui è impostato. Per il bilanciamento dinamico, avviare la rotazione del carro alla velocità costante desiderata. Inizia l'imaging a infrarossi e visualizza le immagini acquisite.
Quando il carro non è in equilibrio dinamico, l'immagine termografica delle misurazioni non è stabile. Per ottenere un equilibrio dinamico, regolare gradualmente il contrappeso. Quando si ottiene un equilibrio dinamico, ci sarà un'immagine termica stabile nelle condizioni di funzionamento.
Rimuovere il modulo di prova dal carro rotante e portarlo su un banco. Accesso successivo al canale del refrigerante dei moduli. Avere a disposizione materiale isolante termico, in questo caso fibra isolante.
Riempire il canale del refrigerante al modulo di prova con l'isolamento termico. Qui, il canale viene riempito a sufficienza per i passaggi successivi del protocollo. Riassemblare il modulo di prova e prepararlo per il rimontaggio sul carro.
Ricollegare tutta l'alimentazione nei cavi dello strumento. Riportare il modulo di prova al carro rotante, applicare la potenza di riscaldamento e impostare le condizioni per la misurazione. Monitorare la temperatura della parete nel tempo, di solito più di tre ore.
Le temperature nei due punti di interesse sono tracciate sotto l'immagine termica. Quando la variazione di temperatura è inferiore a 0,3 Kelvin, registrare la parete a temperatura ambiente e la potenza del riscaldatore. Effettuare più misurazioni variando sistematicamente il riscaldamento, la velocità di rotazione e la direzione.
Al termine, riporta il modulo su una panchina per rimuovere il materiale isolante prima di montarlo di nuovo sul carro. Eseguire quindi il test di trasferimento del calore con il modulo di prova. Avviare il foglio di calcolo sviluppato per l'esperimento.
Nelle celle appropriate definire i parametri geometrici associati al modulo di prova. Al set up, avviare il flusso del refrigerante nel canale di prova. Nel foglio di calcolo immettere i valori misurati per le temperature ambiente e del fluido, la portata di massa del refrigerante, la pressione atmosferica e la pressione statica del refrigerante misurata.
Il software calcola il numero di Reynolds e lo visualizza. Se non è il numero di Reynolds desiderato, modificare la portata di massa del refrigerante. Quindi reimmettere i parametri misurati per trovare il nuovo numero di Reynolds.
Con il numero di Reynolds stabilito, attiva il sistema di termografia. Successivamente, fornire e regolare la potenza di riscaldamento per impostare la temperatura della parete. Verificare che la temperatura abbia raggiunto uno stato stazionario al valore predefinito verificando che il profilo temporale della temperatura della parete sia piatto.
Nel foglio di calcolo immettere la temperatura media della parete sull'area digitalizzata. Inserire anche la tensione di riscaldamento e la corrente di riscaldamento. Per i test di base, una volta impostate le condizioni, salvare i dati per la post-elaborazione.
Per la prova di trasferimento del calore rotante continuare attivando il motore per iniziare la rotazione. Immettere la velocità di rotazione dell'albero nel foglio di calcolo. Il software determinerà il numero di rotazione per le condizioni correnti.
Regolare la velocità di rotazione per ottenere il numero di rotazione mirato. Per ottenere i numeri di Reynolds e notazione desiderati in una condizione di stato stazionario, potrebbe essere necessario perfezionare la portata del refrigerante. Velocità di rotazione e riscaldamento più volte.
Salvare tutti i dati di trasferimento del calore rotanti per la post-elaborazione. Continuare a raccogliere sistematicamente dati per diversi valori dei parametri sperimentali. In queste immagini del modulo di test del canale S con flussi di refrigerante a diversi numeri di Reynolds c'è una variazione spaziale dei numeri di Nusselt dovuta alle forze centrifughe indotte dai vortici.
Questi grafici riflettono le proprietà medie di trasferimento del calore dell'area sulle pareti finali iniziali e finali del modulo canale S. La rotazione al rapporto numerico statico di Nusselt in funzione del numero di galleggiamento va dal basso all'alto di uno per la parete del bordo d'avanguardia.. Per la parete del bordo finale, il rapporto non è mai inferiore a uno.
Nota, per il numero di rotazione fisso e diversi numeri di Reynolds, i numeri di Nusselt normalizzati variano su un piccolo intervallo. Diversi tipi di canale hanno un comportamento diverso. Per un dato numero di rotazione, l'estrapolazione a zero galleggiabilità dà il livello di trasferimento del calore a causa delle forze di Coriolis con galleggiamento in fuga per la parete principale.
Un'analisi simile funziona per la parete finale. Ecco la variazione della rotazione al rapporto numerico statico di Nusselt alla galleggiabilità in fuga in funzione del numero di rotazione per diverse geometrie del canale. I dati hanno rivelato gli effetti di forza coriolis disaccoppiati sull'area hanno mediato le proprietà di trasferimento del calore delle pareti finali del bordo anteriore e finale.
Questi dati dimostrano che l'impatto del numero di galleggiamento sulle proprietà di trasferimento del calore di un canale rotante dipende dal numero di rotazione. Quindi questo metodo può fornire informazioni sulle prestazioni di raffreddamento del canale rotante all'interno di una pale del rotore a turbina fusa. Può anche essere applicato ad altri sistemi come il raffreddamento ad aatura del motore a nucleo ricco.
Generalmente, individui nuovi a questo metodo o ciclo perché la misurazione del trasferimento di calore da una superficie rotante è difficile. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 100 ore se viene eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di verificare costantemente la presenza di perdite di flusso di refrigerante.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo del motore a turbina fusa per esplorare le distribuzioni dei numeri Nusselt a campo completo nelle pale del rotore. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come disaccoppiare gli effetti delle pieghe Coriolis e della galleggiabilità rotante su agenti a campo completo per le proprietà dei canali rotanti e le applicazioni per lanciare pale del rotore della turbina.
