Name: uncoupling coriolis force and rotating buoyancy effects on full-field heat transfer properties of a rotating channel
Uploaded: 2018-10-05T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel at JoVE.com

Den nuværende forskningsarbejde var økonomisk sponsoreret af Ministeriet for videnskab og teknologi i Taiwan under grant NSC 94-2611-E-022-001, NSC 95-2221-E-022-018, NSC 96-2221-E-022-015MY3 og NSC 97-2221-E-022-013-MY3.

Bemærk: Oplysninger om roterende forsøgslaboratorier, dataopsamling, databehandling og varme overførsel test modul efterligne en intern afkøling kanal af en gasturbine rotorbladet er i vores tidligere værker29,30,31 ,32.
1. forberedelse af varme overførsel test
<ol><li>Formulere forsøgsbetingelser Re, Ro og Bu fra en gasturbine ro...

<ol>
	<li>Morris, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Heat transfer and fluid flow in rotating coolant channels. , ISBN 0471101214 (1981).</li><li>Morris, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rotating+facility+to+study+heat+transfer+in+the+cooling+passage+of+turbine+rotor+blades.">A rotating facility to study heat transfer in the cooling passage of turbine rotor blades.</a> Journal of Power and Energy. 210 (1), 55-63 (1996).</li><li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Graziani, R. A., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+passages+with+smooth+walls+and+radially+outward+flow.">Heat transfer in rotating passages with smooth walls and radially outward flow.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 113 (1), 42-51 (1991).</li><li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Kopper, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+serpentine+passages+with+smooth+walls.">Heat transfer in rotating serpentine passages with smooth walls.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 113 (3), 321-330 (1991).</li><li>Wagner, J. H., Johnson, B. V., Steuber, G. D., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+serpentine+passages+with+trips+normal+to+the+flow.">Heat transfer in rotating serpentine passages with trips normal to the flow.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 114 (4), 847-857 (1992).</li><li>Johnson, B. V., Wagner, J. H., Steuber, G. D., Yeh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+serpentine+passages+with+selected+model+orientations+for+smooth+or+skewed+trip+walls.">Heat transfer in rotating serpentine passages with selected model orientations for smooth or skewed trip walls.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 116 (4), 738-744 (1992).</li><li>Hwang, G. J., Tzeng, S. C., Mao, C. P., Soong, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+radially+rotating+four-pass+serpentine+channel+with+staggered+half-v+rib+turbulators.">Heat transfer in a radially rotating four-pass serpentine channel with staggered half-v rib turbulators.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 123 (1), 39-50 (2001).</li><li>Azad, G. S., Uddin, M. J., Han, J. C., Moon, H. K., Glezer, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+two-pass+rectangular+rotating+channel+with+45-deg+angled+rib+turbulators.">Heat transfer in a two-pass rectangular rotating channel with 45-deg angled rib turbulators.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 251-259 (2002).</li><li>Griffith, T. S., Al-Hadhrami, L., Han, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+rectangular+cooling+channels+(AR=4)+with+angled+ribs.">Heat transfer in rotating rectangular cooling channels (AR=4) with angled ribs.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 124 (4), 617-625 (2002).</li><li>Al-Hadhrami, L., Griffith, T. S., Han, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+two-pass+rotating+rectangular+channels+(AR=2)+with+five+different+orientations+of+45+deg+V-shaped+rib+turbulators.">Heat transfer in two-pass rotating rectangular channels (AR=2) with five different orientations of 45 deg V-shaped rib turbulators.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 125 (2), 232-242 (2003).</li><li>Chang, S. W., Liou, T. M., Hung, J. H., Yeh, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+radially+rotating+square-sectioned+duct+with+two+opposite+walls+roughened+by+45+deg+staggered+ribs+at+high+rotation+numbers.">Heat transfer in a radially rotating square-sectioned duct with two opposite walls roughened by 45 deg staggered ribs at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 129 (2), 188-199 (2007).</li><li>Zhou, F., Lagrone, J., Acharya, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Internal+cooling+in+4:1+AR+passages+at+high+rotation+numbers.">Internal cooling in 4:1 AR passages at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 129 (12), 1666-1675 (2007).</li><li>Liu, Y. H., Huh, M., Han, J. C., Chopra, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+two-pass+rectangular+channel+(AR=1:4)+under+high+rotation+numbers.">Heat transfer in a two-pass rectangular channel (AR=1:4) under high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (8), (2008).</li><li>Chang, S. W., Liou, T. M., Chiou, S. F., Chang, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+high-speed+rotating+trapezoidal+duct+with+rib-roughened+surfaces+and+air+bleeds+from+the+wall+on+the+apical+side.">Heat transfer in high-speed rotating trapezoidal duct with rib-roughened surfaces and air bleeds from the wall on the apical side.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (6), (2008).</li><li>Wright, L. M., Liu, Y. H., Han, J. C., Chopra, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+trailing+edge,+wedge-shaped+cooling+channels+under+high+rotation+numbers.">Heat transfer in trailing edge, wedge-shaped cooling channels under high rotation numbers.</a> ASME Journal of Heat Transfer. 130 (7), 1-11 (2008).</li><li>Liou, T. M., Chen, M. Y., Tsai, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+flow+and+heat+transfer+in+a+rotating+two-pass+square+duct+with+in-line+90-deg+ribs.">Fluid flow and heat transfer in a rotating two-pass square duct with in-line 90-deg ribs.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 124 (2), 260-268 (2002).</li><li>Chang, S. W., Liou, T. M., Yang, T. L., Hong, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+radially+rotating+pin-fin+channel+at+high+rotation+numbers.">Heat transfer in radially rotating pin-fin channel at high rotation numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 132 (2), (2010).</li><li>Rallabandi, A., Lei, J., Han, J. C., Azad, S., Lee, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+measurements+in+rotating+blade-shape+serpentine+coolant+passage+with+ribbed+walls+at+high+Reynolds+numbers.">Heat transfer measurements in rotating blade-shape serpentine coolant passage with ribbed walls at high Reynolds numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 136 (9), (2014).</li><li>Mayo, I., Arts, T., Ahmed, E. H., Parres, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+heat+transfer+distribution+of+a+rotating+ribbed+channel+at+different+Reynolds+numbers.">Two-dimensional heat transfer distribution of a rotating ribbed channel at different Reynolds numbers.</a> ASME Journal of Turbomachinery. 137 (3), (2015).</li><li>Chang, S. W., Yang, T. L., Liou, T. M., Fang, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+rotating+scale-roughened+trapezoidal+duct+at+high+rotation+numbers.">Heat transfer in rotating scale-roughened trapezoidal duct at high rotation numbers.</a> Applied Thermal Engineering. 29 (8), 1682-1693 (2009).</li><li>Liou, T. M., Chang, S. W., Chen, J. S., Yang, T. L., Lan, Y. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+channel+aspect+ratio+on+heat+transfer+in+rotating+rectangular+ducts+with+skewed+ribs+at+high+rotation+numbers.">Influence of channel aspect ratio on heat transfer in rotating rectangular ducts with skewed ribs at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (23), 5309-5322 (2009).</li><li>Huh, M., Liu, Y. H., Han, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+rib+height+on+heat+transfer+in+a+two+pass+rectangular+channel+(AR+=+1:4)+with+a+sharp+entrance+at+high+rotation+numbers.">Effect of rib height on heat transfer in a two pass rectangular channel (AR = 1:4) with a sharp entrance at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 52 (19), 4635-4649 (2009).</li><li>Xu, G., Li, Y., Deng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+rib+spacing+on+heat+transfer+and+friction+in+a+rotating+two-pass+square+channel+with+asymmetrical+90-deg+rib+turbulators.">Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rotating two-pass square channel with asymmetrical 90-deg rib turbulators.</a> Applied Thermal Engineering. 80 (5), 386-395 (2015).</li><li>Tao, Z., Yang, M., Deng, H., Li, H., Tian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+study+in+a+rotating+ribbed+two-pass+channel+with+engine-similar+cross+section+at+high+rotation+number.">Heat transfer study in a rotating ribbed two-pass channel with engine-similar cross section at high rotation number.</a> Applied Thermal Engineering. 106 (5), 681-696 (2016).</li><li>Li, Y., Deng, H., Tao, Z., Xu, G., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+characteristics+in+a+rotating+trailing+edge+internal+cooling+channel+with+two+coolant+inlets.">Heat transfer characteristics in a rotating trailing edge internal cooling channel with two coolant inlets.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 105 (2), 220-229 (2017).</li><li>Deng, H., Chen, Y., Tao, Z., Li, Y., Qiu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+two-inlet+rotating+rectangular+channel+with+side-wall+fluid+extraction.">Heat transfer in a two-inlet rotating rectangular channel with side-wall fluid extraction.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 105 (2), 525-534 (2017).</li><li>You, R., Li, H., Tao, Z., Wei, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+investigation+in+a+smooth+rotating+channel+with+thermography+liquid+crystal.">Heat transfer investigation in a smooth rotating channel with thermography liquid crystal.</a> ASME Turbo Expo. GT2016-56413, Turbomachinery Technical Conference and Exposition: Heat Transfer. 5 (B), V05BT16A006 1~10 (2016).</li><li>Morris, W. D., Chang, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+of+heat+transfer+in+a+simulated+turbine+blade+cooling+passage.">An experimental study of heat transfer in a simulated turbine blade cooling passage.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 40 (15), 3703-3716 (1997).</li><li>Chang, S. W., Liou, T. -. M., Po, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coriolis+and+rotating+buoyancy+effect+on+detailed+heat+transfer+distributions+in+a+two-pass+square+channel+roughened+by+45&#176;+ribs+at+high+rotation+numbers.">Coriolis and rotating buoyancy effect on detailed heat transfer distributions in a two-pass square channel roughened by 45&#176; ribs at high rotation numbers.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 53 (7), 1349-1363 (2010).</li><li>Wang, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Heat transfer in rotating twin-pass trapezoidal-sectioned passage with two opposite walls roughened by 45 degree ribs. , (2006).</li><li>Chang, S. W., Wu, P. -. S., Chen, C. -. S., Weng, C. -. C., Jiang, Y. -. R., Shih, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+performance+of+radially+rotating+two-pass+S-shaped+zig-zag+channel.">Thermal performance of radially rotating two-pass S-shaped zig-zag channel.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 115 (B), 1011-1031 (2017).</li><li>Chang, S. W., Lees, A. W., Liou, T. -. M., Hong, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+of+a+radially+rotating+furrowed+channel+with+two+opposite+skewed+sinusoidal+wavy+walls.">Heat transfer of a radially rotating furrowed channel with two opposite skewed sinusoidal wavy walls.</a> International Journal of Thermal Sciences. 49 (5), 769-785 (2010).</li><li>Chang, S. W., Liou, T. -. M., Lee, T. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+of+a+rotating+rectangular+channel+with+a+diamond-shaped+pin-fin+array+at+high+rotation+numbers.">Heat transfer of a rotating rectangular channel with a diamond-shaped pin-fin array at high rotation numbers.</a> Journal of Turbomachinery Transactions of the ASME. 135 (4), (2013).</li><li>Morris, W. D., Chang, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+in+a+radially+rotating+smooth-walled+tube.">Heat transfer in a radially rotating smooth-walled tube.</a> The Aeronautical Journal. 102 (1015), 277-285 (1998).</li></ol>

Mens endwall temperaturer på en roterende kanal er opdaget af en infrarød termografi system, er de flydende temperatur målt ved termoelementer. Som den alternative magnetfelt af en AC-motor, der driver en roterende rig inducerer elektriske potentiale til at blande termoelement målinger, vedtages DC-motor til at drive et roterende Afprøvningsapparatet.
Flydende temperaturfordelingen over planet af en opvarmet kanal er ikke ensartet. Mindst fem termoelementer på den eksisterende fly af en ...

Mens termodynamiske love diktere forbedret specifikke magt og termiske virkningsgrad af en gasturbine motor ved at løfte turbine post temperatur, er flere varm motorkomponenter, såsom Turbineblade, tilbøjelige til termisk skade. Interne afkøling af en gasturbine rotorbladet tillader en turbine post temperatur overstiger temperaturgrænserne krybning modstand af blade materiale. Konfigurationer af de interne kølende kanaler skal dog overholde klinge profil. Især roterer kølevæske i vingen. Med disse barske termiske betingelser for en kørende gasturbine rotorbladet er en effektiv klinge afkøling ordning afgørende for at sikre strukturens integritet. Således, de lokale varme overførsel egenskaber for en roterende kanal er vigtig for den effektive brug af begrænsede kølervæske flow tilgængelige. Erhvervelse af nyttevarme overføre data, der anvendes til design af interne kølervæske passager på realistisk motordriftsdata er af primær betydning, når en eksperimentel metode er udviklet til måling af egenskaberne varme overførsel af en simuleret afkøling passage inde en gasturbine rotorblad.
Rotation til en hastighed over 10.000 rpm ændrer betydeligt køleeffekten af en roterende kanal inde en gasturbine rotorblad. Identifikation af motor betingelser for sådan en roterende kanal er tilladt ved hjælp af ligheden lov. Med rotation, kan de dimensionsløse grupper, der styrer transport fænomener inde et radialt roterende kanal blive afsløret ved der følger flow ligninger i forhold til en roterende referenceramme. Morris1 har afledt momentum bevarelse ligning af strømmen i forhold til en roterende referenceramme som:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq1.jpg">(1)
I ligning (1), lokale væske velocity, v̄, med holdning vektoren, r̄, i forhold til en referenceramme, roterende på vinkelhastighed, ω, påvirkes af Coriolis acceleration i 2 (ω×v̄), den afkoblet centripetale opdrift tvinge, β(T-Tref) (ω×ω×r̄), den drevet piezo-metriske trykgradient, <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq16.jpg"> </img>, og den flydende dynamisk viskositet, ν. Den refererede væske tæthed, Rhoref, kaldes en pre-defineret væske referencetemperaturen Tref, som er typisk for den lokale flydende bulk temperatur for eksperimenter. Hvis irreversibel omdannelse af mekanisk energi til varmeenergi er ubetydelig, reduceret energi bevarelse ligning til:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq2.jpg">(2)
Den første mandatperiode ligning (2) er fremstillet ved at behandle de specifikke enthalpi at være direkte relateret til den lokale flydende temperatur, T, via den konstant specifikke varme, Cp. Da den undertrykkelse af netbårne væske tæthed skyldes variationen af flydende temperatur i en opvarmet roterende kanal giver betydelig indflydelse på bevægelsen af væsker når det er kædet sammen med den centripetale acceleration i ligning (1), den væske velocity og temperatur felter i en aksialt roterende kanal er kombineret. Også, både Coriolis og centripetale accelerationer variere samtidigt som den roterende hastighed er justeret. Således, virkningerne af corioliskraften og roterende opdrift på områderne væske velocity og temperatur er naturligvis kombineret.
Ligninger (1) og (2) i de dimensionsløse former videregive flow-parametrene, der styrer varme konvektion i en roterende kanal. Med en grundlæggende ensartet varme flux pålagt en roterende kanal, den lokale flydende bulk temperatur, Thomsenb, øges lineært i streamwise retning, s fra fjorden referenceniveau, Tref. Lokale flydende bulk temperaturen bestemmes som Tref + τs, hvor τ er gradienten af flydende bulk temperaturen i retning af flow. Udskiftninger af følgende dimensionsløs parametre:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq3.jpg">(3)
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq4.jpg">(4)
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq5.jpg">(5)
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq6.jpg">(6)
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq7.jpg">(7)
i ligninger (1) og (2), hvor Vbetyder, N og d henholdsvis står for den gennemsnitlige strømningshastighed gennem hastighed, roterende hastighed og kanal hydrauliske diameter, de dimensionsløse flow dynamik og energi ligninger er afledt som ligninger (8) og (9) henholdsvis.
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq8.jpg">(8)
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq9.jpg">(9)
Åbenbart, η i ligning (9) er en funktion af Re, Roog Bu = Ro2βτdR, som kaldes henholdsvis Reynolds, rotation og opdrift numre. Det Rossby tal, der kvantificerer forholdet mellem inertial og Coriolis styrker er svarer til inverse rotation nummeret i ligning (8).
Når Tb beregnes som Tref + τs i en roterende kanal underlagt et ensartet varme flux, Alternativt kan evalueres τ værdien som Qf/ (mCpL) i hvilken Q f, m og L er den konvektive effekt, kølervæske masse strømningshastighed og kanal længde, henholdsvis. Således er dimensionsløs lokale flydende bulk temperatur, ηb, er lig med s/d og dimensionsløs temperaturen på kanalen væg, ηw, udbytter [(Tw-Tb ) /Qf] [mCp] [L/d] +s/d. Med den konvektive varme datatransport sats defineret som Qf/ (Tw-Tb), dimensionsløst væg-til-væske temperaturforskel, ηw-ηb, er konverteres til den lokale Nusselt nummer via ligning (10) i som ζ er funktionen dimensionsløs form af varme område og kanal tværsnitsareal.
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq10.jpg">(10)
Med et sæt foruddefinerede geometrier og de hydrodynamiske og termiske randbetingelser, er de dimensionsløse grupper kontrollere de lokale Nusselt antallet af en roterende kanal identificeret som:
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq11.jpg">(11)
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq12.jpg">(12)
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq13.jpg">(13)
Med eksperimentelle tests, tilpasning af roterende hastighed, N, for varierende Ro til at generere varmeoverførsel ændrer data på forskellige styrker af Coriolis styrker uundgåeligt den centripetale acceleration, og dermed den relative styrke af roterende opdrift. Derudover et sæt varme overførsel data indsamlet fra en roterende kanal er altid omfattet en begrænset grad af roterende opdrift effekt. For at oplyse de enkelte virkninger af corioliskraften og opdrift på varmeoverførslen performance i et roterende kanal kræver frakobling af Ro og Bu virkningerne på Nu egenskaber gennem post databehandling procedure, er inklusiv i den nuværende eksperimentelle metode.
Strømningsforhold motor og laboratorium for en roterende kanal inde en gasturbine rotorbladet kan angives af værdiskalaer for Re, Ro og Bu. Typisk motor betingelserne for kølevæske flow gennem en gasturbine rotorbladet samt opførelse og idriftsættelse af roterende forsøgslaboratoriet, der tillod forsøg skal udføres i nærheden af de faktiske motordriftsdata blev rapporteret af Morris2 . Baseret på de realistiske motordriftsdata opsummeret af Morris2, konstruerer figur 1 de realistiske driftsbetingelser i form af Re, Ro og Bu intervaller for en roterende kølervæske kanal i en gasturbine rotorblad. I figur 1kaldes angivelse af en motor værste betingelse motoren kører tilstand på den højeste rotorens hastighed og den højeste density-forholdet. I figur 1, det nedre grænse og værste driftsbetingelser henholdsvis dukke op på laveste og højeste motorhastighed. Det er yderst vanskeligt at måle full-field Nu distribution af en roterende kanal kører på en reel motorhastighed mellem 5000 og 20.000 rpm. Imidlertid baseret på lighed lov, laboratorium-skala test er blevet gennemført med reduceret roterende hastigheder, men med flere forsøg på at give en fuld dækning af real-motor Re, Ro og Bu intervaller. Som en innovativ Eksperimentel metode vedtaget NASA vært program3,4,5,6 de højtryks tests for at øge de flydende tætheder på den foruddefinerede Re i for at udvide rækken Ro ved at reducere den gennemsnitlige væske velocity. I denne henseende hænger de særlige forbindelser mellem Re, Ro og Bu for en ideal gas med en gas konstant, Rcog viskositet, μ, som:
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq14.jpg">(14)
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq15.jpg">(15)
At bringe laboratorieforhold i den nominelle korrespondance med motor betingelser ses i figur 1, den roterende hastighed, Nielsen, kølervæske pres, P, kanal hydrauliske diameter, d, roterende radius, R, og væg-til-væske temperaturforskel, Tw-Tb, skal kontrolleres for matchende den realistiske Re, Ro og Bu intervaller. Det er klart, en af de mest effektive metoder til at udvide rækken Ro er at øge kanal hydrauliske diameter, som Ro er proportional med d2. Laboratorietest varme overførsel på realistisk N er yderst vanskeligt, er kølervæske pres, P, teknisk lettere at være rejst til udvide Ro rækkevidde; selv hvis Ro er kun proportionalt med P. Baseret på den teoretiske baggrund, er designfilosofi af den nuværende eksperimentelle metode at øge Ro ved at presse den roterende test kanal ved hjælp af den maksimale kanal hydrauliske diameter lov til at passe ind i den roterende rig. Har øget rækken Ro , er rækken af Bu derfor udvidet som Bu er proportional Ro2. I figur 1er test laboratorieforhold vedtaget for at generere varme overførsel data af roterende kanaler også inkluderet3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29. som anført i figur 1, dækning af realistiske motordriftsdata af tilgængelige varme overførsel data er stadig begrænset, især for den nødvendige Bu vifte. Åbne og de farvede solid symboler afbildet i figur 1 er spidse og full-field varme overførsel eksperimenter, henholdsvis. Som indsamlet i figur 1, overførsel de fleste af varmen af data med køling applikationer til gasturbine rotor knive1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 er punkt målinger ved hjælp af metoden termoelement. Væg overledning effekter på måling væggen ledende varme flux og temperaturer på væske-væg grænseflader underminere kvaliteten af varme overførsel data konverteres fra termoelement målinger. Også, den varme overførsel målinger1,2,3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 ved hjælp af metoden termoelement ikke kan registrere to-dimensionelle varme overførsel variationer over en roterende overflade. Med den nuværende eksperimentelle metode29,30,31,32er påvisning af full-field Nusselt antal distributioner over roterende kanal muren tilladt. Minimering af væg overledning effekt ved hjælp af 0,1 mm tyk rustfrit stål folier med Biot numre >> 1 til at generere varme strøm af den nuværende eksperimentelle metode tillader den endimensionale varmeledning fra varme folie til kølervæske flow. Navnlig er erhvervelse af full-field varme overførsel data der involverer både Ro og Bu effekter ikke tilladt ved hjælp af forbigående flydende krystal-teknik og termoelement metode. Med den nuværende steady-state flydende krystal termografi metode19deaktiverer den påviselige temperaturområde på 35-55 ° C generation af varme overførsel data med realistiske tæthed nøgletal.
Ved hjælp af flow-parametrene for den varme konvektion i en roterende kanal til at demonstrere, at den fulde dækning af realistisk motordriftsdata ses i figur 1 endnu ikke er nået, så behovet for at erhverve full-field varme overføre data på realistisk motordriftsdata har været løbende opfordret. Den nuværende eksperimentelle metode gør det muligt for generation af full-field varmeoverførsel med både corioliskraften og roterende opdrift effekter fundet. Protokollerne, der har til formål at bistå efterforskere at udtænke en eksperimentel strategi relevante realistisk full-field varme overførsel maaling af en roterende kanal. Sammen med metoden af parametriske analyser, der er entydig for den nuværende eksperimentelle metode, er generation af varme overførsel korrelation til vurdering af de isolerede og indbyrdes afhængige Ro og Bu virkninger på Nu tilladt.
Artiklen illustrerer en eksperimentel metode til formål at generere to-dimensionel varme overførsel data af en roterende kanal med flow betingelser svarende til realistiske gasturbine motor betingelser men arbejder meget lavere roterende hastighed i den laboratorier. Den metode, der er udviklet for at vælge den roterende hastighed, hydrauliske diameter af test kanal og rækken af væg-til-væske temperaturforskelle for at erhverve varmeoverførsel data på realistisk motordriftsdata er illustreret i indledningen. Kalibreringstest for infrarød termografi system, varme tab kalibrering tester og driften af den roterende varme overførsel test rig er vist. De faktorer, der forårsager de betydelig usikkerhed for varme overføre målinger og procedurerne for afkobling af corioliskraften og opdrift effekter på egenskaberne varme overførsel af en roterende kanal er beskrevet i artiklen med den selektive resultater til at vise den nuværende eksperimentelle metode.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Rotating test rig</td>
			<td>In-house made</td>
			<td></td>
			<td>Design by this research group</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat transfer test module</td>
			<td>In-house made</td>
			<td></td>
			<td>Design by this research group</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass flow meter</td>
			<td>Eldride Product, Inc.</td>
			<td>3100301-01-01 
			359-1007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared thermography system</td>
			<td>NEC P384A-8</td>
			<td>3100401-04 
			3127A-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instrumentation slip ring</td>
			<td>Michigan Scientific SR36M</td>
			<td>3100506-62 
			3553-372</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

uncoupling coriolis force and rotating buoyancy effects on full-field heat transfer properties of a rotating channel

En eksperimentel metode for at udforske de varme overførsel Karakteristik af et aksialt roterende kanal er foreslået. Styrende flow-parametrene, der karakteriserer transport fænomener i en roterende kanal identificeres via den parametriske analyse af fremdrift og energi ligninger refererer til et roterende referenceramme. Baseret på disse dimensionsløs flow ligninger, en eksperimenterende strategi, der forbinder design af modulet test er den eksperimentelle program og dataanalyse formuleret med forsøget på at afsløre de isolerede corioliskraften og opdrift effekter på varme overføre forestillinger. Virkningerne af corioliskraften og roterende opdrift illustreres ved hjælp af selektiv resultaterne målt fra roterende kanaler med forskellige geometrier. Mens corioliskraften og roterende opdrift virkninger deler flere fællestræk blandt de forskellige roterende kanaler, er enestående varme overførsel signaturerne fundet i forening med strømningsretningen, kanalform og arrangement af varme overføre enhancement enheder. Uanset flow konfigurationer af de roterende kanaler, de præsenteres eksperimentelle metode muliggør udvikling af fysisk sammenhængende varme overførsel sammenhænge, der foretages evaluering af isolerede og indbyrdes afhængige corioliskraften og roterende opdrift effekter på varmen overføre egenskaber af roterende kanaler.

Realistiske driftsbetingelser for de interne kølervæske strømme inde en roterende gasturbine klinge Re, Ro og Bu sammenlignes med de emulerede laboratorieforhold i figur 1. Datapunkter falder i de realistiske motor betingelser ved hjælp af den nuværende eksperimentelle metode opsummeret i protokoller11,14,17,20,<sup class=...

Watch this Scientific Journal Video about Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel at JoVE.com

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

Her præsenterer vi en eksperimentel metode for afkobling indbyrdes afhængige corioliskraften og roterende opdrift effekter på full-field varme overførsel distributioner af en roterende kanal.

Frakobling corioliskraften og roterende opdrift effekter på Full-Field varme overføre egenskaberne for en roterende kanal

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Denne metode kan hjælpe med at besvare centrale spørgsmål i varmeoverførselsområdet, herunder mange, der er klassificeret til intern køling af støbt turbinevinger. Den største fordel ved denne teknik er de indsamlede varmeoverførselsdata i marken og den foreslåede datareduktionsmetode. Disse er i stand til at afsløre individuelle og indbyrdes afhængige virkninger af Coriolis folder og roterende opdrift på lokale varmeoverførsel egenskaber.Demonstration af proceduren vil være Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai og Hong-Da Shen. Tre kandidatstuderende fra mit laboratorium. Protokollen kræver brug af en roterende rig, der består af en aksel drevet af en motor.Akslen driver en roterende platform, der understøtter et testmodul. Det har også en modvægt til rotationsbalancering. Et infrarødt kamera er i stand til at scanne testmodulet.Funktionerne i det testmodul, der bruges til dataindsamling, er afbildet i denne afbildede visningsskema. Når teflonrammen, sidevægge, skillevægge og top- og bagplader er konstrueret, hjælper den med at definere en firkantet to tidligere kanal med S-formet indløb og udløbsben. Modulets base fastgøres til den roterende platform.Under eksperimenter, rustfrit stål folie endevægge bære strøm til at generere varmeffluks. Kobberplader hjælper med at holde folien på plads. En luft Plenum kammer leverer trykluftstrøm gennem basen lidt ud for midterlinjen af indløbsbenet.Endelig udstødning fra udløbsbenet også går gennem basen. Når den udsatte folieendevæg er samlet og i position, er den den forreste endevæg i rotationen. På det monterede testmodul skal du forberede dig på at måle den termiske emissivity.Der hænger varmefolie mellem infrarødt kamera og testmodulet. Fore laver de elektriske tilslutninger til opvarmning. Få adgang til den side af folien, der er tættest på testmodulet.På den side i midten af folien installere en kalibreret termoelement. Næste drej opmærksomheden på kameraets vender side af folien. Forbered denne side overfor termoelementet ved at sprøjte et tyndt lag sort maling på den.Nu beskæftiger kabinet til at isolere kameraet i opvarmning folie under dataindsamling. Tilfød varmefolien elektrisk strøm for at skabe et symmetrisk flowfelt. Når systemet er i stabil tilstand, måle temperaturen ved termoelement og infrarød termografi.Gentag målingen med forskellige varmelegemenheder. Når målingerne er afsluttet, fjernes termoelementet fra folien. Hav riggen klar til at lave varmeoverførselstest.Dette omfatter udstyr til trykning af testkanalen. Vær forberedt på at justere modvægten for at skabe balance i riggen. Kontroller eller fastfør først statisk afbalancering af den roterende boreplatform.Når rotoren er opnået, forbliver den i en vinkelposition, som den er indstillet til. For dynamisk afbalancering skal du starte riggen roterende med den ønskede konstante hastighed. Begynd infrarød billedbehandling, og se de optagne billeder.Når riggen ikke er i dynamisk balance, er det termografiske billede fra målingerne ikke stabilt. For at opnå dynamisk balance skal modvægten gradvist justeres. Når den dynamiske balance er opnået, vil der være et stabilt termisk billede under løbeforholdene.Fjern testmodulet fra den roterende boreplatform, og tag det til en bænk. Næste adgang til modulerne kølevæske kanal. Har termisk isoleringsmateriale til rådighed, i dette tilfælde isolerende fiber.Fyld kølevæskekanalen til testmodulet med varmeisolering. Her udfyldes kanalen tilstrækkeligt til de næste trin i protokollen. Saml testmodulet igen, og forbered det til genmontering på riggen.Tilslut al strøm i instrumentkabler igen. Sæt testmodulet tilbage til den roterende boreplatform, påfør varmekraft og angiv betingelserne for målingen. Overvåg vægtemperaturen over tid, normalt mere end tre timer.Temperaturerne på de to tidspunkter er plottet under det termiske billede. Når temperaturvariationen er mindre end 0,3 Kelvin, skal væggen registreres i omgivelsestemperaturer og varmeapparatets effekt. Foresk flere målinger, mens opvarmningen, rotationshastigheden og retningen systematisk varieres.Når du er færdig tage modulet tilbage til en bænk for at fjerne isoleringsmaterialet, før du monterer det på riggen igen. Udfør derefter varmeoverførselstesten med testmodulet. Start det regneark, der er udviklet til eksperimentet.Definer de geometriske parametre, der er knyttet til testmodulet, i de relevante celler. Ved opsætningen skal du starte kølevæskestrømmen ind i testkanalen. I regnearket skal du indtaste de målte værdier for omgivende og flydende temperaturer, kølevæskemassestrømningshastighed, atmosfærisk tryk og det målte statiske kølevæsketryk.Softwaren beregner Reynolds-nummeret og viser det. Hvis det ikke er det ønskede Reynolds-nummer, skal du ændre kølevæskemassens strømningshastighed. Derefter angive de målte parametre igen for at finde det nye Reynolds-nummer.Når Reynolds-nummeret er etableret, skal du aktivere termografisystemet. Dernæst tilsættes og regulere varmeeffekten for at indstille vægtemperaturen. Kontroller, at temperaturen har nået en stabil tilstand ved den foruddefinerede værdi ved at kontrollere, at den tidsmæssige vægtemperaturprofil er flad.Angiv den gennemsnitlige vægtemperatur over det scannede område i regnearket. Tilfør også varmespændingen og varmestrøm. Ved grundlinjenest skal du gemme dataene til efterbehandling, når betingelserne er angivet.For den roterende varmeoverførsel test fortsætte ved at aktivere motoren til at begynde rotation. Indtast akslens rotationshastighed i regnearket. Softwaren bestemmer rotationsnummeret for de aktuelle forhold.Juster rotationshastigheden for at opnå det målrettede rotationsnummer. For at opnå de ønskede Reynolds og notation numre i en stabil tilstand, kan det være nødvendigt at finjustere kølevæske flow. Rotationshastighed og opvarmning af strøm flere gange.Gem alle de roterende varmeoverførselsdata til efterbehandling. Fortsætte med systematisk at indsamle data for forskellige værdier af forsøgsparametrene. I disse billeder af S kanal test modul med kølevæske vandløb på forskellige Reynolds numre der er rumlig variation af Nusselt numre på grund af centrifugalkræfter induceret af hvirvler.Disse parceller afspejler området gennemsnitlige varmeoverførsel egenskaber over de forreste og efterfølgende ende vægge af S kanal modul. Rotation til statisk Nusselt-talforhold som funktion af opdriftsnummeret går fra under til over for den forreste væg. For den bageste kantvæg er forholdet aldrig under en.Bemærk, at for faste rotationsnummer og forskellige Reynolds-numre varierer de normaliserede Nusselt-numre over et lille område. Forskellige kanaltyper har forskellig adfærd. For et givet rotationsnummer giver ekstrapolering til nul opdrift varmeoverførslen på grund af Coriolis kræfter med forsvindende opdrift for den førende væg.Lignende analyse virker for den efterfølgende væg. Her er variationen af rotationen til statisk Nusselt-talforhold ved forsvindende opdrift som funktion af rotationsnummer for forskellige kanalgeometrier. Dataene afslørede de afkoblede Coriolis kraft effekter på området gennemsnitlige varmeoverførsel egenskaber af den førende og bageste kant ende vægge.Disse data viser, at opdriftsnummerets indvirkning på en roterende kanals varmeoverførselsegenskaber er rotationsnummerafhængig. Så denne metode kan give indsigt i den roterende kanals køleydelse inde i et støbt turbinevingeblad. Det kan også anvendes til andre systemer såsom amature køling af rige kernemotor.Generelt enkeltpersoner nye til denne metode eller cyklus, fordi varmeoverførsel måling fra en roterende overflade er vanskelig. Når mestrer, kan denne teknik gøres i 100 timer, hvis det udføres korrekt. Under forsøg på denne procedure, er det vigtigt at huske at konstant kontrollere for kølevæske flow lækage.Efter sin udvikling baner denne teknik vejen for forskere inden for støbt turbinemotor til at udforske det fulde felt Nusselt nummerfordelinger i rotorblade. Efter at have set denne video, bør du have en god forståelse af, hvordan man afkoblede effekter af Coriolis folder og roterende opdrift på fuld felt agenter for egenskaberne for de roterende kanaler og applikationer til at kaste turbine rotorblade.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Equilibrium of a Rigid Body

Dynamics of Rotational Motions

SCIENTISTS IN ACTION

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

Proton Transfer og proteinkonformation Dynamics i Lysfølsomme Proteiner af Time-løst Step-scan Fourier-transform infrarød spektroskopi

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomarkraftmikroskopi Red-Light Fotoreceptorer Brug PeakForce Kvantitativ nanomekaniske Ejendom Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Elektroaktiv Polymer Nanopartikler udstiller fototermisk Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Laser-induceret Forward Overførsel af Ag Nanopasta

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

Ice Generation og Heat og Mass Transfer Phenomena af Introduktion Vand til et koldt bad af Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

Magnetisk induceret Roterende Rayleigh-Taylor Ustabilitet

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Måling af Quantum Interference i en Silicon Ring resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

Pool-Kogning Heat-Transfer Enhancement på cylindriske flader med Hybrid Fugtelige Mønstre

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

Målinger af lokale øjeblikkelige konvektive varmetransport i et rør - enkelt- og 2-faset strøm

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

Måling af dynamisk kraft handlet på vand Strider ben hoppe opad ved PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...