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

Nåværende forskningsarbeid ble økonomisk sponset av departementet for vitenskap og teknologi av Taiwan under stipendet 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.

Merk: Detaljer om roterende teste anlegg, datainnsamling, databehandling og varme overføring testmodul simulere en intern kjøling kanal av en gass vindturbin rotor blade er i våre tidligere arbeider29,30,31 ,32.
1. forberedelse av varme overføring tester
<ol><li>Formulere eksperimentelle forhold Re, Ro og Bu fra målrettet operasjone...

<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 temperaturen av en roterende kanal oppdages av en infrarød termografi system, er væsken temperaturen målt ved thermocouples. Som alternativ magnetfeltet med en AC-motor som driver en roterende rigg induserer elektrisk potensial til å påvirke thermocouple målinger, må den DC motoren vedtas for å kjøre en roterende testrigg.
Væsken temperatur distribusjon over Avslutt flyet av en oppvarmet kanal er ikke ensartet. Minst fem thermocouples på eksisterende flyet av en roteren...

Mens termodynamisk lover dikterer forbedret bestemt kraft og termisk effektiviteten av en flymotor ved å løfte turbin oppføring temperaturen er flere varme motoren komponenter, for eksempel bladene, utsatt for termisk skade. Intern kjøling av en gass vindturbin rotor blade tillater en turbin oppføring temperatur over Temperaturgrenser krype motstand av bladet. Imidlertid må konfigurasjonene av interne kjøling kanaler overholde blad profilen. Spesielt, roterer kjølevæske i rotoren bladet. Med slike tøffe termiske forhold for en løpende gass vindturbin rotor blade er en effektiv blad kjøling ordningen avgjørende å sikre strukturen integritet. Dermed er lokale varme overføring egenskapene for en roterende kanal viktige for effektiv bruk av begrenset kjølevæske tilgjengelig. Oppkjøpet av nyttig varmen overføre data som gjelder for utformingen av interne kjølevæske passasjer på realistisk motor forhold er av primær betydning når en eksperimentell metode er utviklet for å måle varme overføring egenskapene til en simulert kjøling passasjen i en gass vindturbin rotor blade.
Rotasjon med en hastighet over 10.000 rpm endres betydelig omgivelsestempe av en roterende kanal i en gass vindturbin rotor blade. Identifikasjon av motoren betingelser for slik roterende kanal er tillatt bruke likhet loven. Med rotasjon, kan dimensjonsløs gruppene som kontrollerer transport fenomener i en radielt roterende kanal vises ved stammer flyten ligningene i forhold til en roterende referanseramme. Morris1 har avledet momentum bevaring ligningen av flyt i forhold til en roterende referanseramme som:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq1.jpg">(1)
I ligningen (1), lokale væske hastighet, v̄, med posisjon vektoren, r̄, i forhold til referanse roterende på hellinger, ω, påvirkes av Coriolis akselerasjon i 2 (ω×v̄), den avparet sentripetal oppdrift tvinge, β(T-Tref) (ω×ω×r̄), drevet piezo-beregning trykkgradient, <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq16.jpg"> </img>, og den flytende dynamisk viskositeten, ν. Den refererte væske tettheten, ρref, kalles en forhåndsdefinert væske referanse temperatur Tref, som er typisk for den lokale væske bulk temperaturen for eksperimenter. Hvis irreversibel konverteringen av mekanisk energi til termisk energi er ubetydelig, er energi konservering ligningen redusert til:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq2.jpg">(2)
Den første terminen ligningen (2) oppnås ved å behandle den bestemte entalpien å være direkte knyttet til den lokale væsken temperaturen, T, via konstant spesifikke varmen, Cp. Forstyrrelsene av væske skyldes variasjon av væsken temperatur i en oppvarmet roterende kanal gir betydelig innflytelse på bevegelse av væsker når det linker med sentripetal akselerasjon i ligningen (1), flytende hastigheten og temperatur felt i en aksialt roterende kanal er koblet. Også, både Coriolis og sentripetal akselerasjoner variere samtidig som roterende hastigheten justeres. Dermed er effekten av forklaring og roterende oppdrift på væske hastighet og temperaturen naturlig kombinert.
Ligninger (1) og (2) i skjemaene dimensjonsløs avsløre flytparametrene som styrer varme konveksjon i en roterende kanal. Med en i utgangspunktet jevn varme fluks pålagt en roterende kanal, lokale væske bulk temperatur, Tb, øker lineært i streamwise retning, s, fra referanse innløp nivå, Tref. Lokale væske bulk temperaturen bestemmes som Tref + τs, der τ er gradient av væske bulk temperaturen i retning av flyt. Erstatninger av følgende dimensjonsløs parametere av:
<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)
ligninger (1) og (2), der Vmener, N og d henholdsvis stå mener renner gjennom hastighet, roterende hastighet og kanal hydraulisk diameter, dimensjonsløs strømmen fart og energi ligningene avledes 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)
Tydeligvis η i ligningen (9) er en funksjon av Re, Roog Bu = Ro2βτdR, som er henholdsvis kalt Reynolds, rotasjon og oppdrift. Rossby nummeret som quantifies forholdet mellom treghet og Coriolis styrker tilsvarer hvor omvendt rotasjon i ligningen (8).
Når Tb beregnes som Tref + τs i en roterende kanal kan en jevn varme forandring, τ verdien kan vurderes også som Qf/ (mCpL) i hvilke Q f, m og L er konvektive oppvarming strøm, masse flow rate og kanal lengde, henholdsvis. Dermed dimensjonsløs lokale væske bulk temperatur, ηb, er lik s/d og dimensjonsløs temperaturen på kanalen veggen, ηw, gir [(Tw-Tb ) /Qf] [mCp] [L/d] +s/d. Med konvektive varme overføringshastigheten definert som Qf/ (Tw-Tb), dimensjonsløs vegg-til-væsken temperaturforskjellen, ηw-ηb, er konverteres til lokale Nusselt tallet via ligningen (10) i hvilke ζ er funksjonen dimensjonsløs form av oppvarming og kanalen tverrsnitt område.
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/57630/57630eq10.jpg">(10)
Et sett med forhåndsdefinerte geometrier og de etter og termisk betingelsene identifiseres dimensjonsløs gruppene kontrollere Nusselt nummeret av en roterende kanal 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 tester, justering av roterende hastighet, N, for varierende Ro å generere varmeoverføring endres data på forskjellige styrker Coriolis styrker uunngåelig sentripetal akselerasjon, og dermed den relative styrken av roterende oppdrift. Videre varme overføring data samlet inn fra en roterende kanal er alltid underlagt en begrenset grad av roterende oppdrift effekt. Avsløre personlige effekter av forklaring og oppdrift på varmeoverføring ytelsen til en roterende kanal krever uncoupling av Ro og Bu virkningene på Nu egenskaper gjennom innlegget behandling prosedyre som er inkludert i dagens eksperimentelle metoden.
Den motor og laboratoriet strømningsforhold for en roterende kanal i en gass vindturbin rotor blade kan angis av av Re, Ro og Bu. Typisk motor betingelsene for kjølevæske strømme gjennom en gass vindturbin rotor blade, samt bygging og igangkjøring av roterende testanlegg som tillot eksperimenter utføres nær faktiske motor forholdene ble rapportert av Morris2 . Figur 1 basert på realistisk motor forhold oppsummert av Morris2, og konstruerer realistisk driftsforholdene i Re, Ro og Bu for en roterende kjølevæske kanal i en gass vindturbin rotor blade. I figur 1kalles indikasjon av motorens verste tilstanden motoren kjører tilstand på høyeste rotoren hastighet og høyeste tetthet forholdet. I figur 1, nedre grense og verste motor driftsforhold henholdsvis dukke opp på de laveste og høyeste turtall. Det er svært vanskelig å måle full-feltet Nu distribusjon av en roterende kanal kjører på en skikkelig motor hastighet mellom 5000 og 20 000 rpm. Imidlertid basert på likhet loven, laboratorium skala testene har blitt gjennomført med redusert roterende hastigheter, men med flere forsøk på å gi en full dekning av real-motor Re, Ro og Bu områdene. Som en innovativ eksperimentell metode vedtatt NASA vert programmet3,4,5,6 høytrykks testene for å øke de flytende tettheter på forhåndsdefinerte Re i for å utvide området Ro ved å redusere mener væske hastigheten. I denne forbindelse er bestemt relasjonene mellom Re, Ro og Bu for en ideell gass med gass konstant, Rcog viskositet, μ, relatert 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)
Å bringe laboratorieforhold i nominelle korrespondanse med motor forhold i figur 1, den roterende hastighet, N, kjølevæske press, P, kanal hydraulisk diameter, d, roterende radius R, og vegg-til-væsken temperaturforskjell, Tw-Tb, må kontrolleres for samsvarende realistisk Re, Ro og Bu områdene. Tydelig, en av de mest effektive tilnærmingene til å utvide området Ro er å øke kanal hydraulisk diameter, som Ro er proporsjonal med d2. Laboratoriet varme overføring testen på realistisk N er ekstremt vanskelig, er kjølevæsken trykket, P, teknisk enklere heves for å utvide Ro området; Selv om Ro er bare proporsjonal med P. Basert på denne teoretisk bakgrunn, er designfilosofi stede eksperimentelle metoden å øke Ro ved pressurizing roterende test kanalen med maksimal hydraulisk diameteren kan passe inn i roterende riggen. Har økt Ro området, er utvalget av Bu tilsvarende utvidet Bu er proporsjonal med Ro2. I figur 1er laboratorium teste forholdene vedtatt for å generere varme overføring data av roterende kanaler også inkludert3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29. som vist i figur 1, realistisk motor betingelsene av tilgjengelige varme overføring er fortsatt begrenset, spesielt for det nødvendige Bu -området. Åpne og farget solid symbolene avbildet i figur 1 er spisse og full-feltet varme overføring eksperimentene, henholdsvis. Som samlet i figur 1, overføre de fleste av varmen data med kjøling programmer gassturbin rotoren blader1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 er målinger med metoden thermocouple. Veggen ledning virkningene på måle veggen ledende varme flux og temperaturen på væske-vegg grensesnitt undergrave kvaliteten på varmen overføre data konvertert fra thermocouple målinger. Også varme overføring mål1,2,3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17 , 18 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 med metoden thermocouple finner todimensjonal varme overføring variasjoner over en roterende overflate. Med de nåværende eksperimentelle metode29,30,31,32er gjenkjenning av full-feltet Nusselt tallet distribusjoner over roterende kanal veggen tillatt. Minimering av veggen ledning effekt med 0,1 mm tykk rustfritt stål-folier Biot tall >> 1 for å generere oppvarming strøm av dagens eksperimentelle metoden tillater endimensjonal varmeledning fra oppvarming folien til kjølevæske flyt. Spesielt er oppkjøpet av full-feltet varmen overføre data som involverer både Ro og Bu effekter ikke tillatt med forbigående krystall teknikken og metoden thermocouple. Med gjeldende stabil flytende krystall termografi metoden19deaktiverer synlig temperaturområdet på 35-55 ° C generering av varmen overføre data med realistisk tetthet prosenter.
Bruke flytparametrene styrer varme konveksjon i en roterende kanal for å demonstrere at full dekning av realistiske motoren i figur 1 ikke har ennå oppnådd, så behovet for å skaffe full-feltet varmen overføre data realistisk motor forhold har vært kontinuerlig oppfordret. Dagens eksperimentelle metoden gjør det mulig for generering av full-feltet varmeoverføring med både forklaring og roterende oppdrift effekter oppdaget. Protokollene er rettet til å hjelpe etterforskerne å utarbeide en eksperimentell strategi relevant for realistisk full-feltet varme overføring måling av en roterende kanal. Med metoden parametrisk analyse som er unik for den nåværende eksperimentell metoden er generering av varme overføring sammenheng for å vurdere isolert og gjensidig avhengige Ro og Bu virkningene på Nu tillatt.
Artikkelen illustrerer en eksperimentell metode å generere todimensjonal varmen overføre dataene i en roterende kanal med strømningsforhold lik realistisk gass turbin motor tilstandene men mye lavere roterende hastighet i det laboratorier. Metoden som ble utviklet for å velge roterende hastigheten, hydrauliske diameteren på test kanal og utvalget av vegg-til-fluid temperaturforskjeller for å skaffe varmeoverføring data på realistisk motor forhold er illustrert i innledningen. Kalibreringstestene for infrarød termografi system, varme tap kalibreringen tester og drift av roterende varme overføring testriggen vises. Faktorer som forårsaker betydelig usikkerhet for varmen overføre målinger og prosedyrene for dekopling forklaring og oppdrift effekter på varme overføring egenskapene til en roterende kanal er beskrevet i artikkelen med selektiv resultater å vise den nåværende eksperimentell metoden.

<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 eksperimentell metode for å utforske den varme overføring kjennetegn en aksialt roterende kanal er foreslått. Styrende flytparametrene som karakteriserer transport fenomener i en roterende kanal identifiseres via parametrisk analyse av fart og energi ligningene refererer til en roterende referanseramme. Basert på disse dimensjonsløs flyt ligninger, en eksperimentell strategi som kobler utformingen av modulen test er det eksperimentelle programmet og dataanalyse formulert med forsøket på å avsløre den isolerte forklaring og oppdrift effekter på varme overføre forestillinger. Effekten av forklaring og roterende oppdrift er illustrert med selektiv resultatene målt fra roterende kanaler med ulike geometri. Forklaring og roterende oppdrift virkninger dele flere fellestrekk mellom forskjellige roterende kanalene, finnes unik overføring signaturene i tilknytning til flytretningen, kanal form og arrangement av varme overføre ekstrautstyr enheter. Uansett flyt konfigurasjoner av roterende kanalene, presentert eksperimentelle metoden gjør utviklingen av fysisk konsekvent varme overføring sammenhenger som tillater evaluering av isolert og gjensidig avhengige forklaring og roterende oppdrift effekter på varmen overføre egenskaper av roterende kanaler.

Realistisk driftsforhold for interne kjølevæske renn i en roterende gass turbin blad Re, Ro og Bu sammenlignes med de etterlignede laboratorieforhold i figur 1. Datapunktene falle i realistisk motor forhold med dagens eksperimentelle metoden oppsummert i protokoller11,14,17,20,21. Selv om full-feltet v...

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 presenterer vi en eksperimentell metode for dekopling gjensidig avhengige forklaring og roterende oppdrift effekter på full-feltet varme overføring distribusjoner av en roterende kanal.

Uncoupling forklaring og roterende oppdrift effekter på Full-feltet varme overføring egenskapene til 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 metoden kan bidra til å svare på viktige spørsmål i varmeoverføringsfeltet, inkludert mange vurdert til intern kjøling av støpte turbinrotorblader. Den største fordelen med denne teknikken er hele feltet varmeoverføringsdata samlet inn og den foreslåtte datareduksjonsmetoden. De er i stand til å avsløre individuelle og gjensidig avhengige effekter av Coriolis folder og roterende oppdrift på lokale varmeoverføringsegenskaper.Demonstrere prosedyren vil være Kuo-Ching Yu, Wei-Ling Cai og Hong-Da Shen. Tre avgangsstudenter fra laboratoriet mitt. Protokollen krever bruk av en roterende rigg som består av en aksel drevet av en motor.Akselen driver en roterende plattform som støtter en testmodul. Den har også en motvekt for rotasjonsbalansering. Et infrarødt kamera er i posisjon til å skanne testmodulen.Funksjonene i testmodulen som brukes til datainnsamling, er avbildet i denne utvannede visningen skjematisk. Når den er konstruert, bidrar Teflon-rammen, sideveggene, skilleveggene og topp- og bakplatene til å definere en firkant to ganger forbi kanal med S-formede innløps- og utløpsben. Modulens base festes til den roterende plattformen.Under eksperimenter, rustfritt stål folie endevegger bære strøm for å generere oppvarming flux. Kobberplater bidrar til å holde folien på plass. Et luft plenumkammer leverer trykkluftstrømmen gjennom basen litt utenfor midtlinjen på innløpsbenet.Til slutt går eksos fra utløpsbenet også gjennom basen. Når den er montert og på plass, er den eksponerte folieendeveggen den ledende endeveggen i rotasjonen. På den monterte testmodulen, forberede seg på å måle den termiske utillatning.Det henger varmefolie mellom infrarødt kamera og testmodulen. Lag de elektriske tilkoblingene for oppvarming. Få tilgang til siden av folien nærmest testmodulen.På den siden i midten av folien installere en kalibrert termoelement. Deretter slår du oppmerksomheten mot kameraet vendt side av folien. Forbered denne siden på motsatt side av termoelementet ved å sprøyte et tynt lag med svart maling på den.Nå bruker kabinett for å isolere kameraet i varmefolie under datainnsamling. Mat elektrisk kraft til varmefolie for å skape et symmetrisk strømningsfelt. Når systemet er i steady-state, måle temperaturen ved termoelement og infrarød termografi.Gjenta målingen med forskjellige varmeapparatkrefter. Etter å ha fullført målingene, fjern termoelementet fra folien. Ha riggen klar for å gjøre varmeoverføringstester.Dette inkluderer utstyr for trykking av testkanalen. Vær forberedt på å justere motvekten for å etablere riggbalansen. Kontroller eller opprett statisk balansering av den roterende riggen.Når den er oppnådd, vil rotoren forbli i en hvilken som helst vinkelposisjon som den er satt til. For dynamisk balansering, start riggen som roterer med ønsket konstant hastighet. Begynn infrarød bildebehandling og vis de innspilte bildene.Når riggen ikke er i dynamisk balanse, er det termografiske bildet fra målingene ikke stabilt. For å oppnå dynamisk balanse, gradvis justere motvekt. Når dynamisk balanse oppnås, vil det være et stabilt termisk bilde under løpeforholdene.Fjern testmodulen fra den roterende riggen og ta den med til en benk. Neste tilgang til modulene kjølevæske kanal. Har termisk isolasjon materiale tilgjengelig, i dette tilfellet isolerende fiber.Fyll kjølevæskekanalen til testmodulen med termisk isolasjon. Her fylles kanalen tilstrekkelig for de neste trinnene i protokollen. Monter testmodulen igjen og klargjør den for montering på riggen igjen.Koble til all strøm i instrumentkabler igjen. Sett testmodulen tilbake til den roterende riggen, bruk varmekraft og still inn betingelsene for målingen. Overvåk veggtemperaturen over tid, vanligvis mer enn tre timer.Temperaturene på de to interessepunktene er plottet under det termiske bildet. Når temperaturvariasjonen er mindre enn 0,3 Kelvin, registrerer du veggen i omgivelsestemperaturer og varmeapparatets effekt. Gjør flere målinger samtidig som det systematisk varierer oppvarming, rotasjonshastighet og retning.Når du er ferdig, ta modulen tilbake til en benk for å fjerne isolasjonsmaterialet før du monterer det på riggen igjen. Utfør deretter varmeoverføringstesten med testmodulen. Start regnearket som er utviklet for eksperimentet.I de aktuelle cellene definerer du de geometriske parameterne som er knyttet til testmodulen. Ved oppsettet starter du kjølevæskestrømmen inn i testkanalen. I regnearket angir du de målte verdiene for omgivelses- og væsketemperaturer, kjølevæskemassestrømningshastighet, atmosfærisk trykk og det målte statiske trykket for kjølevæske.Programvaren beregner Reynolds-nummeret og viser det. Hvis det ikke er ønsket Reynolds nummer, endre kjølevæske masse strømningshastighet. Deretter går du inn i de målte parametrene på nytt for å finne det nye Reynolds-nummeret.Med Reynolds-nummeret etablert, aktiver termografisystemet. Deretter leverer og regulerer du varmeeffekten for å stille inn veggtemperaturen. Kontroller at temperaturen har nådd en steady-state på den forhåndsdefinerte verdien ved å kontrollere at den timelige veggtemperaturprofilen er flat.Angi den gjennomsnittlige veggtemperaturen over det skannede området i regnearket. Også inngang til varmespenningen og varmestrømmen. Når betingelsene er angitt for grunnlinjetester, lagrer du dataene for etterbehandling.For den roterende varmeoverføringstesten fortsett ved å aktivere motoren for å starte rotasjonen. Angi rotasjonshastigheten til akselen i regnearket. Programvaren vil bestemme rotasjonsnummeret for gjeldende forhold.Juster rotasjonshastigheten for å oppnå det målrettede rotasjonsnummeret. For å oppnå de ønskede Reynolds og notasjonsnumrene i en jevn tilstand, kan det være nødvendig å finjustere kjølevæskestrømningshastigheten. Rotasjonshastighet og varme opp strøm flere ganger.Lagre alle roterende varmeoverføringsdata for etterbehandling. Fortsett å systematisk samle inn data for ulike verdier av eksperimentelle parametere. I disse bildene av S-kanaltestmodulen med kjølevæskestrømmer på forskjellige Reynolds-tall er det romlig variasjon av Nusselt-tall på grunn av sentrifugalkrefter indusert av virvler.Disse tomtene reflekterer området gjennomsnittlig varmeoverføring egenskaper over de ledende og etterfølgende endeveggene i S-kanalmodulen. Rotasjonen til statisk Nusselt tallforhold som en funksjon av oppdrift nummer går nedenfra til over en for forkant veggen. For den etterfølgende kantveggen er forholdet aldri under en.Merk, for fast rotasjonsnummer og forskjellige Reynolds-tall, varierer de normaliserte Nusselt-tallene over et lite område. Ulike kanaltyper har forskjellig atferd. For et gitt rotasjonsnummer gir ekstrapolering til null oppdrift varmeoverføringsnivået på grunn av Coriolis-styrker med forsvinnende oppdrift for den ledende veggen.Lignende analyser fungerer for den etterfølgende veggen. Her er variasjonen av rotasjonen til statisk Nusselt tallforhold ved forsvinnende oppdrift som en funksjon av rotasjonsnummer for ulike kanalgeometrier. Dataene viste de uklanderlige Coriolis-krafteffektene på områdets gjennomsnittlige varmeoverføringsegenskaper av de ledende og etterfølgende kantendede veggene.Disse dataene viser virkningen av oppdrift nummer på varmeoverføringsegenskapene til en roterende kanal er rotasjonsnummer avhengig. Så denne metoden kan gi innsikt i kjøleytelsen til roterende kanal inne i et støpt turbinrotorblad. Det kan også brukes på andre systemer som amature kjøling av rik kjernemotor.Vanligvis enkeltpersoner nye til denne metoden eller syklus fordi varmeoverføringsmålingen fra en roterende overflate er vanskelig. Når mestret, kan denne teknikken gjøres i 100 timer hvis den utføres riktig. Mens du prøver denne prosedyren, er det viktig å huske å hele tiden se etter kjølevæskestrømningslekkasje.Etter utviklingen baner denne teknikken vei for forskere innen støpt turbinmotor for å utforske hele feltet Nusselt-nummerfordelinger i rotorblader. Etter å ha sett denne videoen, bør du ha en god forståelse av hvordan du løsner effekten av Coriolis folder og roterende oppdrift på full feltagenter for egenskapene til de roterende kanalene og applikasjoner for å kaste turbinrotorblader.

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 Protein konformasjon Dynamics i Lysfølsomme Proteiner av Time-løst Step-skanne 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

Atomic Force Mikroskopi av Red-Light Fotoreseptorer Bruke PeakForce Kvantitativ Nanomechanical Eiendoms 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

Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal

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-indusert Forward Overføring av Ag Nanopaste

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 varme- og massetransport Phenomena av innføring av vann til et kaldt bad i saltlake

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 Induced Rota 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 av Quantum Interference i 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-Koke Heat-Transfer Enhancement på sylinderflater med Hybrid Fukt Patterns

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 av lokale øyeblikkelig konvektive varmeoverføring i et rør - enkelt og tofaset

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 av dynamisk kraft handlet på vann Strider Ben hoppe oppover PVDF Film sensoren

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, ...