この方法は、鋳造タービンローターブレードの内部冷却に定格された多くを含む、熱伝達分野の主要な質問に答えることができます。この手法の主な利点は、収集された全フィールド熱伝達データと提案されたデータ削減方法です。これらは、コリオリの折り目と局所熱伝達特性上の回転浮力の個々のおよび相互依存的な効果を明らかにすることができる。
この手順のデモンストレーションは、クオチンユー、ウェイリンカイ、ホンダシェンです。私の研究室の大学院生3人。このプロトコルでは、モータによって駆動されるシャフトから構成される回転リグを使用する必要があります。
シャフトはテストモジュールを支える回転プラットフォームを運転する。また、回転バランスのためのカウンターウェイトを持っています。赤外線カメラは、テストモジュールをスキャンする位置にあります。
データ収集に使用されるテストモジュールの機能は、この分解図の回路図に示されています。構築すると、Teflonフレーム、サイドウォール、ディバイダー、トッププレートとバックプレートは、S字型の入口と出口脚を持つ正方形の2つの過去のチャネルを定義するのに役立ちます。モジュールのベースは回転プラットフォームに取り付けます。
実験中、ステンレス箔の端壁は加熱フラックスを生成するために電流を運びます。銅板は、ホイルを所定の位置に保持するのに役立ちます。空気プレナムチャンバーは、入口脚の中心線からわずかにベースを通って加圧空気の流れを供給します。
最後に、出口の足からの排気はまた基盤を通る。一度組み立てられ、位置に、露出したホイルの端壁は回転の先端壁の先頭である。取り付けられたテストモジュールで、熱放射率を測定する準備をします。
赤外線カメラとテストモジュールの間に加熱箔が掛け込みます。加熱のための電気接続を行います。テストモジュールに最も近いホイルの側面にアクセスします。
ホイルの中央のその側に較正された熱電対を取り付けます。次に、箔のカメラ向き側に注意を向けます。熱電対の反対側に黒い塗料の薄い層を吹き付けて準備します。
今、データ収集中に加熱ホイルでカメラを分離するためにエンクロージャを採用しています。電力を加熱ホイルに供給し、対称的なフローフィールドを作成します。システムが定常状態になったら、熱電対と赤外線サーモグラフィーで温度を測定します。
異なるヒーターのパワーで測定を繰り返します。測定が完了したら、ホイルから熱電対を取り外します。リグを熱伝達試験の準備をします。
これには、テストチャネルを加圧するための装置が含まれます。リグのバランスを確立するために、カウンターバランスの重みを調整する準備をしてください。まず、回転リグのスタティック バランシングを確認または確立します。
達成されると、ローターは、それが設定されている任意の角度の位置に残ります。ダイナミック バランシングの場合は、目的の一定の速度でリグの回転を開始します。赤外線イメージングを開始し、キャプチャした画像を表示します。
リグがダイナミックバランスでない場合、測定値からのサーモグラフィー画像は安定していません。ダイナミックバランスを実現するには、カウンターウェイトを徐々に調整します。動的バランスが達成されると、走行条件下で安定した熱画像が得られます。
回転リグからテストモジュールを取り外し、ベンチに持ち込みます。次にモジュールのクーラントチャンネルにアクセスします。この場合、断熱材を使用できます。
冷却剤チャネルを断熱材でテストモジュールに充填します。ここでは、プロトコルの次のステップに対してチャネルが十分に満たされます。テストモジュールを再組み立てし、リグに再マウントする準備をします。
計器ケーブルのすべての電源を再接続します。テストモジュールを回転リグに戻し、加熱力を加え、測定条件を設定します。壁の温度を時間の経過とともに監視します(通常は3時間以上)。
関心のある 2 つのポイントの温度は、熱画像の下にプロットされます。温度変動が0.3ケルビン未満の場合は、周囲温度とヒーターパワーで壁を記録します。加熱、回転速度、方向を体系的に変更しながら、複数の測定を行います。
完了したら、再びリグに取り付ける前に、モジュールをベンチに戻して絶縁材を取り外します。次に、テストモジュールで熱伝達試験を行います。実験用に開発されたスプレッドシートを開始します。
適切なセルで、テスト モジュールに関連付けられたジオメトリ パラメータを定義します。セットアップ時に、テストチャンネルにクーラントフローを開始します。スプレッドシートに、周囲温度と流体温度、冷却質量流量、大気圧、および測定された冷却水の静圧の測定値を入力します。
ソフトウェアはレイノルズ数を計算し、それを表示します。希望のレイノルズ数でない場合は、冷却剤の質量流量を変更します。次に、測定されたパラメータを再入力して、新しいレイノルズ数を見つけます。
レイノルズ数が確立された後、サーモグラフィーシステムをアクティブにします。次に、給電し、壁温度を設定するために加熱力を調整します。時間的な壁の温度プロファイルが平坦であることを確認して、温度が事前定義値で定常状態に達していることを確認します。
スプレッドシートで、スキャンした領域の平均壁面温度を入力します。また、加熱電圧と加熱電流を入力します。基準計画テストでは、条件が設定されると、データを後処理用に保存します。
回転熱伝達試験のために回転を開始するモーターを活性化することによって続ける。シャフトの回転速度をスプレッドシートに入力します。ソフトウェアは現在の条件の回転数を決定します。
回転速度を調整して、目標とする回転数を取得します。定常状態で所望のレイノルズと表記数を達成するためには、クーラント流量を微調整する必要がある場合があります。回転速度と熱のパワーを数回。
すべての回転熱伝導データを後処理用に保存します。実験パラメータの異なる値のデータを体系的に収集し続けます。異なるレイノルズ数の冷媒ストリームを持つSチャネルテストモジュールのこれらの画像では、渦によって誘導された遠心力によるヌッセレット数の空間的変動があります。
これらのプロットは、Sチャネルモジュールの先端と後端の壁の面積平均熱伝達特性を反映しています。浮力数の関数としての静的なヌッセール数比への回転は、先端壁の下から上に行きます。後端の壁の場合、比率は 1 未満になることは決してありません。
固定回転数とレイノルズ数が異なる場合、正規化されたヌッセールの数値は小さな範囲で異なります。チャネルの種類によって動作が異なります。特定の回転数に対して、浮力ゼロへの補外は、コリオリの力による熱伝達レベルを、先頭壁の浮力を消失させます。
同様の分析は、後続の壁に対して機能します。ここでは、異なるチャネルジオメトリの回転数の関数として、浮力消失時の静的なヌッセート数比への回転の変動を示します。データは、領域上の非結合コリオリ力の効果を明らかにし、前部および後縁端の壁の平均熱伝達特性を示した。
これらのデータは、回転数依存する回転チャネルの熱伝達特性に対する浮力数の影響を示す。したがって、この方法は、鋳造タービンローターブレード内の回転チャネルの冷却性能に関する洞察を提供することができます。また、豊富なコアモータの冷却の成熟などの他のシステムにも適用できます。
一般的に、回転面からの熱伝達測定が困難であるため、この方法またはサイクルに新しい個人が使用される。一度習得すれば、この技術は、それが適切に行われれば100時間で行うことができます。この手順を試みる間、常にクーラントフロー漏れをチェックすることを忘れないでください。
その開発後、この技術は、鋳造タービンエンジンの分野の研究者がローターブレードの完全なフィールドNusselt番号分布を探求する道を開きます。このビデオを見た後、あなたは、回転チャネルの特性とタービンローターブレードをキャストするアプリケーションのための完全なフィールドエージェントにコリオリフォールドと回転浮力の影響を切り離す方法をよく理解する必要があります。
