Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo de transferência de calor, incluindo muitas classificadas para resfriamento interno das lâminas do rotor da turbina fundida. A principal vantagem dessa técnica são os dados completos de transferência de calor de campo coletados e o método de redução de dados proposto. Esses são capazes de revelar efeitos individuais e interdependentes das dobras coriolis e flutuação rotativa em propriedades locais de transferência de calor.
Demonstrando o procedimento serão Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai e Hong-Da Shen. Três estudantes de pós-graduação do meu laboratório. O protocolo requer o uso de uma plataforma giratória que consiste em um eixo conduzido por um motor.
O eixo conduz uma plataforma rotativa que suporta um módulo de teste. Ele também tem um contrapeso para equilíbrio rotacional. Uma câmera infravermelha está em posição para escanear o módulo de teste.
As características do módulo de teste usado para coleta de dados são retratadas neste esquema de exibição explodido. Quando construído, a estrutura Teflon, paredes laterais, divisórias e placas superiores e traseiras ajudam a definir um canal quadrado de dois passados com entrada em forma de S e pernas de saída. A base do módulo se conecta à plataforma rotativa.
Durante os experimentos, paredes finais de papel alumínio inoxidável carregam corrente para gerar fluxo de aquecimento. Placas de cobre ajudam a manter a folha no lugar. Uma câmara de plenário de ar fornece fluxo de ar pressurizado através da base ligeiramente fora da linha central da perna de entrada.
Por fim, o escapamento da perna de saída também passa pela base. Uma vez montada e em posição, a parede final de folha exposta é a parede final principal na rotação. No módulo de teste montado, prepare-se para medir a emissividade térmica.
Há papel alumínio de aquecimento entre a câmera infravermelha e o módulo de teste. Faça as conexões elétricas para aquecimento. Acesse o lado da folha mais próxima do módulo de teste.
Desse lado, no centro da folha, instale um termopar calibrado. Em seguida, volte a atenção para a câmera virada para o lado da folha. Prepare este lado em frente ao termopar, pulverizando uma fina camada de tinta preta sobre ele.
Agora, empregando o gabinete para isolar a câmera na folha de aquecimento durante a coleta de dados. Alimente a energia elétrica da folha de aquecimento para criar um campo de fluxo simétrico. Uma vez que o sistema esteja em estado estável, meça a temperatura por termópar e termografia infravermelha.
Repita a medição com diferentes potências do aquecedor. Após completar as medições, remova o termopar da folha. Tenha a plataforma pronta para fazer testes de transferência de calor.
Isso inclui equipamentos para pressurizar o canal de teste. Esteja preparado para ajustar o peso de contrabalanceamento para estabelecer o equilíbrio da plataforma. Primeiro verifique ou estabeleça o equilíbrio estático da plataforma rotativa.
Uma vez alcançado, o rotor permanecerá em qualquer posição angular a que for definido. Para o equilíbrio dinâmico, inicie a plataforma girando na velocidade constante desejada. Inicie imagens infravermelhas e visualize as imagens capturadas.
Quando a plataforma não está em equilíbrio dinâmico, a imagem termográfica das medições não é estável. Para alcançar o equilíbrio dinâmico, ajuste gradualmente o contrapeso. Quando o equilíbrio dinâmico for alcançado, haverá uma imagem térmica estável sob as condições de funcionamento.
Remova o módulo de teste da plataforma giratória e leve-o para um banco. Em seguida, acesse o canal de refranhante dos módulos. Tenha material de isolamento térmico disponível, neste caso, fibra isolante.
Encha o canal de refranhante até o módulo de teste com o isolamento térmico. Aqui, o canal é preenchido o suficiente para os próximos passos no protocolo. Remonte o módulo de teste e prepare-o para a remontagem da plataforma.
Reconecte toda a energia nos cabos de instrumento. Devolva o módulo de teste à plataforma rotativa, aplique energia de aquecimento e defina as condições para a medição. Monitore a temperatura da parede ao longo do tempo, geralmente mais de três horas.
As temperaturas nos dois pontos de interesse são traçadas abaixo da imagem térmica. Quando a variação de temperatura for inferior a 0,3 Kelvin, registo a parede em temperaturas ambientes e a potência do aquecedor. Faça várias medições enquanto varia sistematicamente o aquecimento, a velocidade de rotação e a direção.
Quando terminar, leve o módulo de volta a um banco para remover o material isolante antes de montá-lo novamente na plataforma. Em seguida, realize o teste de transferência de calor com o módulo de teste. Inicie a planilha desenvolvida para o experimento.
Nas células apropriadas, defina os parâmetros geométricos associados ao módulo de teste. Na configuração, inicie o fluxo de refresco no canal de teste. Na planilha, digite os valores medidos para temperaturas ambiente e fluidas, taxa de fluxo de massa desfriada, pressão atmosférica e a pressão estática de refrigerante medida.
O software calcula o número de Reynolds e o exibe. Se não for o número de Reynolds desejado, altere a taxa de fluxo de massa do refrigerante. Em seguida, reinser os parâmetros medidos para encontrar o novo número reynolds.
Com o número de Reynolds estabelecido, ative o sistema de termografia. Em seguida, forneça e regulamente a energia de aquecimento para definir a temperatura da parede. Verifique se a temperatura atingiu um estado estável no valor predefinido, verificando se o perfil de temperatura da parede temporal é plano.
Na planilha, digite a temperatura média da parede sobre a área digitalizada. Insira também a tensão de aquecimento e a corrente de aquecimento. Para testes de linha de base, uma vez definidas as condições, salve os dados para pós-processamento.
Para o teste de transferência de calor rotativo continue ativando o motor para iniciar a rotação. Digite a velocidade de rotação do eixo na planilha. O software determinará o número de rotação para as condições atuais.
Ajuste a velocidade de rotação para obter o número de rotação direcionado. Para alcançar os números de reynolds desejados e notação em uma condição de estado estável, pode ser necessário ajustar a taxa de fluxo de refr refrigerante. Velocidade de rotação e aquecimento de energia várias vezes.
Guarde todos os dados de transferência de calor rotativo para pós-processamento. Continue coletando dados sistematicamente para diferentes valores dos parâmetros experimentais. Nestas imagens do módulo de teste do canal S com fluxos de refranhante em diferentes números de Reynolds há variação espacial dos números de Nusselt devido às forças centrífugas induzidas por vórtices.
Esses lotes refletem as propriedades de transferência de calor médias da área sobre as paredes finais do módulo de canal S. A rotação para a razão de número nusselt estática em função do número de flutuação vai de baixo para acima de um para a parede de borda superior. Para a parede de borda arrastada, a proporção nunca está abaixo de uma.
Note que, para o número de rotação fixa e diferentes números de Reynolds, os números de Nusselt normalizados variam em uma pequena faixa. Diferentes tipos de canais têm comportamentos diferentes. Para um determinado número de rotação, a extrapolação para flutuação zero dá o nível de transferência de calor devido às forças coriolis com flutuação desaparecendo para a parede líder.
Análises semelhantes funcionam para a parede de arrasto. Aqui está a variação da rotação para a razão de número nusselt estática na flutuação de desaparecimento como uma função do número de rotação para diferentes geometrias de canal. Os dados revelaram os efeitos de força coriolis desacoplados na área, propriedades de transferência de calor médias das paredes de extremidade de borda líder e arrastada.
Esses dados demonstram que o impacto do número de flutuação nas propriedades de transferência de calor de um canal rotativo é dependente do número de rotação. Assim, este método pode fornecer insights sobre o desempenho de resfriamento do canal rotativo dentro de uma lâmina rotor de turbina fundida. Também pode ser aplicado a outros sistemas, como o resfriamento de amature de um motor núcleo rico.
Geralmente, indivíduos novos neste método ou ciclo porque a medição da transferência de calor de uma superfície rotativa é difícil. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 100 horas se for realizada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar-se de verificar constantemente se há vazamento de fluxo de refranhamento.
Após seu desenvolvimento, essa técnica abre caminho para pesquisadores do campo do motor de turbina fundido explorarem as distribuições numésias nusselt de campo inteiro em lâminas de rotor. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como desacoplar os efeitos das dobras coriolis e flutuação rotativa em agentes de campo completo para propriedades dos canais rotativos e aplicações para lançar lâminas de rotor de turbina.
