RU2796333C1 - Method for determining heat transfer coefficient of a part - Google Patents
Method for determining heat transfer coefficient of a part Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796333C1 RU2796333C1 RU2022132722A RU2022132722A RU2796333C1 RU 2796333 C1 RU2796333 C1 RU 2796333C1 RU 2022132722 A RU2022132722 A RU 2022132722A RU 2022132722 A RU2022132722 A RU 2022132722A RU 2796333 C1 RU2796333 C1 RU 2796333C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat transfer
- temperature
- transfer coefficient
- cooling medium
- flow
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области технической физики, а именно к способу определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, и может быть использовано при проектировании, доводке и оптимизации конструкции узлов и элементов авиационных газотурбинных двигателей и других силовых установок.The invention relates to the field of technical physics, namely to a method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the flow of a cooling medium, and can be used in the design, development and optimization of the design of components and elements of aircraft gas turbine engines and other power plants.
Известен способ определения коэффициента теплоотдачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, при котором деталь помещают в расплав кристаллического вещества и при температуре кристаллизации последнего продувают охлаждающей средой, при продувке непосредственно измеряют температуру наружной поверхности стенки детали, фиксируют время от момента начала продувки и определяют коэффициент теплоотдачи по формуле (RU 2220409, 2003 г.).There is a known method for determining the heat transfer coefficient through the wall of a convectively cooled part, in which the part is placed in a molten crystalline substance and, at the crystallization temperature of the latter, is blown with a cooling medium, when blowing, the temperature of the outer surface of the wall of the part is directly measured, the time from the start of blowing is fixed, and the heat transfer coefficient is determined by the formula (RU 2220409, 2003).
Известен способ определения коэффициента теплоотдачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, заключающийся в том, что погружают деталь в расплав высокотеплопроводного металла, перегретого выше температуры его кристаллизации, охлаждают деталь и расплав до температуры кристаллизации, продувают деталь охлаждающей средой с замером времени продувки и температуры среды на входе в деталь, причем в определенный момент времени, превышающий время стабилизации температуры охлаждающей среды на входе в деталь, снимают первую корку, извлекают детали из расплава и измеряют толщину второй отвержденной корки металла и определяют коэффициент теплоотдачи по формуле (RU 2677973, 2019 г.).A known method for determining the heat transfer coefficient through the wall of a convectively cooled part, which consists in the fact that the part is immersed in a melt of a highly thermally conductive metal superheated above its crystallization temperature, the part and the melt are cooled to the crystallization temperature, the part is blown with a cooling medium with the measurement of the purge time and the temperature of the medium at the inlet into the part, and at a certain point in time exceeding the stabilization time of the temperature of the cooling medium at the inlet to the part, the first crust is removed, the parts are removed from the melt and the thickness of the second solidified metal crust is measured and the heat transfer coefficient is determined by the formula (RU 2677973, 2019).
Общим существенным недостатком известных технических решений является низкая точность определения коэффициента теплоотдачи в связи с зависимостью от теплофизических параметров применяемых расплавов, которые скачкообразно изменяются при фазовом переходе в процессе кристаллизации. Кроме того, для определения температуры детали традиционно используются кабельные термопары, которые устанавливают на образце в специальные канавки и запаиваются припоем. Данный способ препарирования является надежным, но имеет недостатки: нарушение целостности образца, малое количество точек измерения, большая трудоемкость установки термопар, сложность их вывода к регистрирующей аппаратуре и т.д. Применение контактных измерителей приводит к искажению температурного поля, а коэффициент теплоотдачи при этом измеряется только в зоне установки измерителей температуры.A common significant drawback of the known technical solutions is the low accuracy of determining the heat transfer coefficient due to the dependence on the thermophysical parameters of the melts used, which change abruptly during a phase transition during crystallization. In addition, to determine the temperature of a part, cable thermocouples are traditionally used, which are installed on the sample in special grooves and sealed with solder. This method of preparation is reliable, but has disadvantages: violation of the integrity of the sample, a small number of measurement points, the high laboriousness of installing thermocouples, the complexity of their output to the recording equipment, etc. The use of contact meters leads to a distortion of the temperature field, and the heat transfer coefficient is measured only in the area where the temperature meters are installed.
Известен способ определения коэффициента теплоотдачи детали с использованием тепловизионной диагностики, заключающийся в измерении температурного поля твердого тела и синхронного измерения температурного поля газового потока путем размещения в последнем преобразователя температуры в виде сетки, причем таким образом, что обрез сетки находится в пределах толщины пограничного слоя при ламинарном течении газового потока или в пределах толщины вязкого подслоя при турбулентном течении газового потока, или перекрестье нитей преобразователя температуры устанавливают перед исследуемой поверхностью твердого тела с возможностью перемещения преобразователя температуры в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а коэффициент теплоотдачи определяют по формуле (RU 2255315, 2005 г., RU 2706389, 2019 г.).There is a known method for determining the heat transfer coefficient of a part using thermal imaging diagnostics, which consists in measuring the temperature field of a solid body and synchronously measuring the temperature field of a gas flow by placing a temperature transducer in the form of a grid in the latter, and in such a way that the cut of the grid is within the thickness of the boundary layer at laminar gas flow or within the thickness of a viscous sublayer in a turbulent gas flow, or the crosshairs of the temperature transducer threads are installed in front of the investigated surface of a solid body with the possibility of moving the temperature transducer in the vertical and horizontal planes, and the heat transfer coefficient is determined by the formula (RU 2255315, 2005 , RU 2706389, 2019).
Применение в известных технических решениях тепловизионной системы для определения полей температур позволяет определить места возможных локальных перегревов и получить подробную информацию о температуре поверхности элементов и узлов.The use of a thermal imaging system in well-known technical solutions for determining temperature fields makes it possible to determine the places of possible local overheating and obtain detailed information about the surface temperature of elements and assemblies.
Общим существенным недостатком известных технических решений является низкая точность определения величины теплового потока при исследовании деталей сложной геометрической формы, обусловленная необходимостью выбора определенного положения преобразователя температуры относительно исследуемого объекта.A common significant drawback of the known technical solutions is the low accuracy of determining the magnitude of the heat flux in the study of parts of a complex geometric shape, due to the need to select a certain position of the temperature transducer relative to the object under study.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, заключающийся в том, что последовательно нагревают деталь без контакта с потоком охлаждающей среды, после этого осуществляют контакт детали с потоком охлаждающей среды путем прокачивания последней через внутренние каналы детали, при этом выделяют на детали элемент наружной поверхности стенки и фиксируют изменение во времени температуры элемента наружной поверхности в его центральной точке с помощью сканирующего тепловизора с частотой, равной частоте формирования кадра тепловизора, а коэффициент теплоотдачи определяют по формуле (RU 2347213, 2009 г.).The closest in technical essence and purpose to the proposed invention is a method for determining the heat transfer coefficient of the part in contact with the flow of the cooling medium, which consists in the fact that the part is sequentially heated without contact with the flow of the cooling medium, after which the part is contacted with the flow of the cooling medium by pumping the latter through the internal channels of the part, at the same time, an element of the outer surface of the wall is isolated on the part and the change in temperature of the outer surface element at its central point is recorded using a scanning thermal imager with a frequency equal to the frame formation frequency of the thermal imager, and the heat transfer coefficient is determined by the formula (RU 2347213, 2009).
Существенным недостатком известного технического решения является низкая достоверность, поскольку определяются коэффициенты теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, проходящей через внутренние каналы, и не учитываются оттоки тепла в соседние зоны детали, что значительно влияет на действительное значение местных коэффициентов теплоотдачи вследствие перетекания тепла от горячих зон к более холодным.A significant disadvantage of the known technical solution is low reliability, since the heat transfer coefficients of the part in contact with the flow of the cooling medium passing through the internal channels are determined and heat outflows to neighboring zones of the part are not taken into account, which significantly affects the actual value of the local heat transfer coefficients due to the flow of heat from hot zones to colder ones.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, обеспечивающего повышение достоверности испытаний.The technical problem to be solved by the invention is to expand the arsenal of technical means, namely, to create a method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the coolant flow, which ensures an increase in the reliability of tests.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в реализации его назначения, т.е. в создании способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, обеспечивающего повышение достоверности испытаний за счет определения коэффициентов теплоотдачи от охлаждающей среды к внутренней поверхности детали и от внешней среды к наружной поверхности детали с учетом неравномерного распределения интенсивности теплоотдачи в разных направлениях в любой точке поля температур, регистрируемых тепловизором на внешней поверхности детали.The technical result achieved by the implementation of the present invention is the implementation of its purpose, i.e. in creating a method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the flow of a cooling medium, which provides an increase in the reliability of tests by determining the heat transfer coefficients from the cooling medium to the inner surface of the part and from the external environment to the outer surface of the part, taking into account the uneven distribution of heat transfer intensity in different directions at any point temperature fields recorded by a thermal imager on the outer surface of the part.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, достигается за счет того, что при осуществлении способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, заключающегося в том, что последовательно нагревают деталь без контакта с потоком охлаждающей среды, после этого осуществляют контакт детали с потоком охлаждающей среды путем прокачивания последней через внутренние каналы детали, при этом выделяют на детали элемент наружной поверхности стенки и фиксируют изменение во времени температуры элемента наружной поверхности в его центральной точке с помощью сканирующего тепловизора с частотой, равной частоте формирования кадра тепловизора, а коэффициент теплоотдачи определяют по формуле, согласно предлагаемому техническому решению предварительно размещают деталь в канале, осуществляют нагрев внешней поверхности детали путем подачи в канал горячего газа, на выделенном элементе внешней поверхности стенки определяют четыре характерные точки, удаленные от центральной точки и расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, фиксируют изменение во времени температуры наружной поверхности элемента в характерных точках, а коэффициент теплоотдачи определяют с учетом разницы температур между центральной и характерными точками элемента наружной поверхности стенки по формуле:The technical result provided by the claimed invention is achieved due to the fact that when implementing the method for determining the heat transfer coefficient of the part in contact with the flow of the cooling medium, which consists in the fact that the part is sequentially heated without contact with the flow of the cooling medium, then the part is contacted with the flow of the cooling medium. of the medium by pumping the latter through the internal channels of the part, at the same time, an element of the outer surface of the wall is isolated on the part and the change in temperature of the outer surface element at its central point is fixed with the help of a scanning thermal imager with a frequency equal to the frame formation frequency of the thermal imager, and the heat transfer coefficient is determined by the formula , according to the proposed technical solution, the part is preliminarily placed in the channel, the outer surface of the part is heated by supplying hot gas to the channel, four characteristic points are determined on the selected element of the outer surface of the wall, remote from the central point and located in pairs in mutually perpendicular planes, the change in time is fixed temperature of the outer surface of the element at characteristic points, and the heat transfer coefficient is determined taking into account the temperature difference between the central and characteristic points of the element of the outer surface of the wall according to the formula:
где: αi - коэффициент теплоотдачи в центральной точке, Вт/(м2⋅К);where: α i - heat transfer coefficient at the central point, W / (m 2 ⋅K);
ci - удельная теплоемкость материала детали, Дж/(кг⋅К);c i - specific heat capacity of the part material, J/(kg⋅K);
ρi - плотность материала детали, кг/м3;ρ i - density of the material of the part, kg/m 3 ;
Vi=Δx⋅Δy⋅Δz - объем выделенного элемента наружной поверхности стенки детали, м3;V i =Δx⋅Δy⋅Δz - the volume of the selected element of the outer surface of the part wall, m 3 ;
ΔTi - изменение температуры тела в центральной точке за время Δτ, К;ΔT i - change in body temperature at the central point during the time Δτ, K;
Δτ - время, с;Δτ - time, s;
Ti - температура стенки в центральной точке, К;T i - wall temperature at the central point, K;
Тв - температура окружающей среды, К;T in - ambient temperature, K;
Si=Δх⋅Δy - площадь теплообмена с окружающей средой, м2;S i =Δx⋅Δy - area of heat exchange with the environment, m 2 ;
λi - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м⋅К);λ i - coefficient of thermal conductivity of the wall, W/(m⋅K);
Ti - температура в характерной точке, К;T i - temperature at the characteristic point, K;
lij - расстояния между центральной точкой i и характерными точками, м;l ij - distances between the central point i and characteristic points, m;
Fj - площадь теплообмена, м2.F j - heat exchange area, m 2 .
Существенность отличительных признаков технического решения подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, заключающегося в реализации способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, обеспечивающего повышение достоверности испытаний за счет определения коэффициентов теплоотдачи от охлаждающей среды к внутренней поверхности детали и от внешней среды к наружной поверхности детали с учетом неравномерного распределения интенсивности теплоотдачи в разных направлениях в любой точке поля температур, регистрируемых тепловизором на внешней поверхности детали.The significance of the distinguishing features of the technical solution is confirmed by the fact that only the totality of all design features describing the invention makes it possible to solve the technical problem posed with the achievement of the claimed technical result, which consists in implementing a method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the flow of a cooling medium, which ensures an increase in the reliability of tests for by determining the heat transfer coefficients from the cooling medium to the inner surface of the part and from the external environment to the outer surface of the part, taking into account the uneven distribution of heat transfer intensity in different directions at any point in the temperature field recorded by the thermal imager on the outer surface of the part.
Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, со ссылкой на иллюстрации, где:The present invention is explained by the following detailed description of the method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the flow of a cooling medium, with reference to illustrations, where:
- на фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого технического решения;- in Fig. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed technical solution;
- на фиг. 2 представлена схема расположения центральной и характерных точек на выделенном элементе внешней поверхности стенки.- in Fig. 2 shows the layout of the central and characteristic points on the selected element of the outer surface of the wall.
На чертежах приняты следующие обозначения:The following designations are used in the drawings:
1 - деталь;1 - detail;
2 - внутренние каналы;2 - internal channels;
3 - канал испытательного стенда;3 - test stand channel;
4 - поток горячего газа;4 - hot gas flow;
5 - элемент наружной поверхности;5 - element of the outer surface;
6 - тепловизор.6 - thermal imager.
7 - поток охлаждающей среды.7 - the flow of the cooling medium.
Способ определения коэффициента теплоотдачи детали реализуется следующим образом.The method for determining the heat transfer coefficient of a part is implemented as follows.
Деталь 1, включающую внутренние каналы 2, предварительно размещают в канале 3 испытательного стенда (на чертеже не показан) и нагревают ее внешнюю поверхность путем подачи в канал 3 испытательного стенда потока 4 горячего газа (см. фиг. 1). При этом выделяют на детали 1 элемент 5 наружной поверхности, включающий центральную точку i, и четыре удаленные от нее характерные точки j1, j2, j3 и j4, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. фиг. 2), и фиксируют во времени изменение температуры наружной поверхности в центральной точке i и характерных точках j1, j2, j3 и j4 с помощью сканирующего тепловизора 6 с частотой, равной частоте формирования кадра последнего. После этого осуществляют контакт детали 1 с потоком 7 охлаждающей среды путем прокачивания через ее внутренние каналы 2, и фиксируют при этом изменение во времени температуры элемента 5 наружной поверхности в центральной точке i и характерных точках j1, j2, j3 и j4. Для выделенных областей рассчитывают объем Vi=Δx⋅Δy⋅Δz и площадь Si=Δx⋅Δy наружной или внутренней поверхности выделенного элемента стенки, и площади Fj(1, 3)=Δх⋅Δz Fj(2, 4)=Δу⋅Δz, через которые происходит соответственно отток или приток тепла к характерным точкам, расположенным на расстоянии lij от исследуемой зоны, а коэффициенты теплоотдачи в центральной точке i определяют с учетом разницы температур между центральной точкой i и характерными точками j1, j2, j3 и j4 элемента 5 наружной поверхности по формуле:
где: αi - коэффициент теплоотдачи в центральной точке, Вт/(м2⋅К);where: α i - heat transfer coefficient at the central point, W / (m 2 ⋅K);
ci - удельная теплоемкость материала детали, Дж/(кг⋅К);c i - specific heat capacity of the part material, J/(kg⋅K);
ρi - плотность материала детали, кг/м3;ρ i - density of the material of the part, kg/m 3 ;
Vi=Δx⋅Δy⋅Δz - объем выделенного элемента наружной поверхности стенки детали, м3;V i =Δx⋅Δy⋅Δz - the volume of the selected element of the outer surface of the part wall, m 3 ;
ΔTi - изменение температуры тела в центральной точке за время Δτ, К;ΔT i - change in body temperature at the central point during the time Δτ, K;
Δτ - время, с;Δτ - time, s;
Ti - температура стенки в центральной точке, К;T i - wall temperature at the central point, K;
Тв - температура окружающей среды, К;T in - ambient temperature, K;
Si=Δх⋅Δy - площадь теплообмена с окружающей средой, м2;S i =Δx⋅Δy - area of heat exchange with the environment, m 2 ;
λi - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м К);λ i - coefficient of thermal conductivity of the wall, W/(m K);
Tj - температура в характерной точке, К;T j - temperature at a characteristic point, K;
lij - расстояние между центральной и характерными точками, м;l ij - distance between the central and characteristic points, m;
Fj - площадь теплообмена, м2; Данное уравнение является исходным для определения местных коэффициентов теплоотдачи. При этом температура по толщине стенки детали 1 принимается постоянной, что накладывает определенные ограничения на выбор толщины стенки детали 1. Необходимо отметить, что при фиксировании температуры элемента 5 наружной поверхности лишь в одной центральной точке i неизбежна ошибка как в определении тепловых потоков от наружной поверхности к потоку 7 охлаждающей среды на рассматриваемом элементе 5 наружной поверхности, так и в потоке 4 горячего газа при поглощении тепла деталью 1 в результате остывания за время Δτ. При этом коэффициенты теплоотдачи от горячей или охлаждающей среды к детали целесообразно определять при выполнении условия: значениях критерия <0,1,F j - heat exchange area, m 2 ; This equation is the initial one for determining the local heat transfer coefficients. In this case, the temperature along the wall thickness of the
где:Where:
Bi - критерий Био;Bi - Biot criterion;
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2⋅К);α - heat transfer coefficient, W / (m 2 ⋅K);
δ=Δz - толщина стенки детали, м;δ=Δz - part wall thickness, m;
λ - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м⋅К).λ is the thermal conductivity of the wall, W/(m⋅K).
Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.
Проведено определение коэффициента теплоотдачи детали с использованием известного технического решения, указанного в качестве прототипа, а также методом численного эксперимента с применением математической модели объекта исследования, и в соответствии с предлагаемым техническим решением с использованием натурного объекта на экспериментальной установке. Уровень температур в пределах 423,15 - 623,15 К (150…350°С) в экспериментальной установке предполагает применение тепловизоров со спектральным диапазоном в средней ИК области. Исходя из особенностей применения методов бесконтактного определения температур поверхности использовалась инфракрасная тепловизионная камера Testo 890-2, работающая в ИК диапазоне до длин волн (7.0-14.0)×10-6 м с разрешением детектора 640 × 480 точек. В качестве исследуемого объекта использовался фрагмент входной кромки рабочей лопатки, изготовленной с помощью аддитивных технологий из жаропрочного сплава Inconel 718. Поскольку поверхность исследуемого объекта имеет сложную геометрическую форму, регистрация температуры с помощью указанной модели тепловизора ограничивалась плоскостью в прямой видимости.The heat transfer coefficient of the part was determined using the well-known technical solution indicated as a prototype, as well as by the method of numerical experiment using a mathematical model of the object of study, and in accordance with the proposed technical solution using a full-scale object on an experimental setup. The temperature level in the range of 423.15 - 623.15 K (150 ... 350°C) in the experimental setup suggests the use of thermal imagers with a spectral range in the mid-IR region. Based on the features of the application of methods for non-contact determination of surface temperatures, an infrared thermal imaging camera Testo 890-2 was used, operating in the IR range up to wavelengths (7.0-14.0) × 10 -6 m with a detector resolution of 640 × 480 points. As the object under study, a fragment of the leading edge of the working blade, made using additive technologies from the heat-resistant alloy Inconel 718, was used.
Апробация метода фиксации и обработки системой измерения полей регистрируемых температур проводилась на испытательном стенде. С обратной стороны исследуемого фрагмента была установлена термопара для обеспечения возможности сопоставления с показаниями тепловизора. Для обеспечения равномерной степени черноты фрагмент покрывался черной термостойкой краской. По показаниям двух термопар определялась температура охлаждающего воздуха на входе в подводящий канал и на его выходе.Approbation of the method of fixation and processing by the system for measuring the fields of recorded temperatures was carried out on a test bench. A thermocouple was installed on the reverse side of the fragment under study to enable comparison with the readings of the thermal imager. To ensure a uniform degree of blackness, the fragment was covered with black heat-resistant paint. According to the readings of two thermocouples, the temperature of the cooling air at the inlet to the supply channel and at its outlet was determined.
Экспериментальная отработка метода проводилась следующим образом.Experimental testing of the method was carried out as follows.
Фрагмент входной кромки рабочей лопатки прогревался до равномерной температуры 593,15 - 623,15 К (320…350°С), далее охлаждающий воздух с температурой 300,15 К (27°С) и заданным уровнем расхода подавался в канал фрагмента. Таким образом осуществлялось динамическое остывание последнего в течение 50…80 секунд. Динамика изменения температуры поверхности по времени регистрировалась тепловизором и измерительной системой стенда, регистрирующей показания термопар. Также регистрировались параметры потока охлаждающего воздуха. После остывания сегмента запись параметров останавливалась, а образец снова прогревался потоком горячего газа.A fragment of the leading edge of the rotor blade was heated to a uniform temperature of 593.15 - 623.15 K (320 ... 350°C), then cooling air with a temperature of 300.15 K (27°C) and a given flow rate was supplied to the fragment channel. Thus, the dynamic cooling of the latter was carried out within 50 ... 80 seconds. The dynamics of the change in surface temperature over time was recorded by a thermal imager and a measuring system of the bench, which recorded thermocouple readings. The parameters of the cooling air flow were also recorded. After the segment cooled down, the recording of the parameters was stopped, and the sample was again heated by a hot gas flow.
Для оценки уровня тепловых потерь с поверхности образца регистрировалась динамика охлаждения без подачи охлаждающего воздуха в канал сегмента. С помощью тепловизора экспериментально получены значения температур для трех зон фрагмента входной кромки рабочей лопатки в процессе его остывания с подачей охлаждающего воздуха и без подачи. Регистрация полей температуры наружной поверхности образца велась с частотой 7 кадров в секунду и с использованием программного обеспечения Testo IRSoft и конвертировалась в таблицы, содержащие время и температуру в точках, заданных маркерами. Необходимо отметить, что при определении коэффициента теплоотдачи деталей, имеющих сложную пространственную геометрию, например, турбинных лопаток, расчет величин Fj, Si, lij и Vi целесообразно проводить с применением методов (компьютерных программ) трехмерного инженерного проектирования.To assess the level of heat loss from the surface of the sample, the dynamics of cooling was recorded without the supply of cooling air to the segment channel. With the help of a thermal imager, the temperature values were experimentally obtained for three zones of a fragment of the leading edge of the working blade during its cooling with and without cooling air supply. The registration of the temperature fields of the outer surface of the sample was carried out at a frequency of 7 frames per second and using the Testo IRSoft software and converted into tables containing time and temperature at points specified by markers. It should be noted that when determining the heat transfer coefficient of parts with complex spatial geometry, for example, turbine blades, it is advisable to calculate the values of F j , S i , l ij and V i using methods (computer programs) of three-dimensional engineering design.
Сравнение коэффициентов теплоотдачи, полученных в результате обработки экспериментальных данных приведено в таблице:Comparison of heat transfer coefficients obtained as a result of processing experimental data is given in the table:
Таким образом, предварительное размещение детали в канале, осуществление нагрева ее внешней поверхности подачей в канал горячего газа, определение на выделенном элементе внешней поверхности стенки четырех характерных точек, удаленных от центральной точки и расположенных попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, фиксирование изменения во времени температуры наружной поверхности элемента в характерных точках, и определение коэффициента теплоотдачи с учетом разницы температур между центральной и характерными точками элемента наружной поверхности стенки по заданной формуле обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в реализации его назначения, т.е. в создании способа определения коэффициента теплоотдачи детали, контактирующей с потоком охлаждающей среды, обеспечивающего повышение достоверности испытаний за счет определения коэффициентов теплоотдачи от охлаждающей среды к внутренней поверхности детали и от внешней среды к наружной поверхности детали с учетом неравномерного распределения интенсивности теплоотдачи в разных направлениях в любой точке поля температур, регистрируемых тепловизором на внешней поверхности детали.Thus, the preliminary placement of the part in the channel, the heating of its outer surface by supplying hot gas to the channel, the determination of four characteristic points on the selected element of the outer surface of the wall, remote from the central point and located in pairs in mutually perpendicular planes, fixing the change in temperature of the outer surface over time element at characteristic points, and the determination of the heat transfer coefficient, taking into account the temperature difference between the central and characteristic points of the element of the outer surface of the wall according to a given formula, ensures the achievement of the technical result, which consists in the implementation of its purpose, i.e. in creating a method for determining the heat transfer coefficient of a part in contact with the flow of a cooling medium, which provides an increase in the reliability of tests by determining the heat transfer coefficients from the cooling medium to the inner surface of the part and from the external environment to the outer surface of the part, taking into account the uneven distribution of heat transfer intensity in different directions at any point temperature fields recorded by a thermal imager on the outer surface of the part.
Claims (15)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796333C1 true RU2796333C1 (en) | 2023-05-22 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1081504A1 (en) * | 1982-09-13 | 1984-03-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Heat transfer coefficient determination method |
| GB2217453A (en) * | 1988-04-13 | 1989-10-25 | Gen Electric | Measurement of heat flux and heat transfer coefficients on the surface of a cooled component |
| RU2084881C1 (en) * | 1994-07-14 | 1997-07-20 | Московский государственный авиационный технологический университет им.К.Э.Циолковского | Method for determining heat-transfer coefficient of convectively cooled wall of part |
| RU2220409C2 (en) * | 2001-11-21 | 2003-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Procedure establishing convective heat transfer coefficient |
| RU2347213C1 (en) * | 2007-07-03 | 2009-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of determination of coefficient of convective heat exchange |
| RU2677973C1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for determining the heat transfer coefficient through the wall of a convective cool part |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1081504A1 (en) * | 1982-09-13 | 1984-03-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Heat transfer coefficient determination method |
| GB2217453A (en) * | 1988-04-13 | 1989-10-25 | Gen Electric | Measurement of heat flux and heat transfer coefficients on the surface of a cooled component |
| RU2084881C1 (en) * | 1994-07-14 | 1997-07-20 | Московский государственный авиационный технологический университет им.К.Э.Циолковского | Method for determining heat-transfer coefficient of convectively cooled wall of part |
| RU2220409C2 (en) * | 2001-11-21 | 2003-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Procedure establishing convective heat transfer coefficient |
| RU2347213C1 (en) * | 2007-07-03 | 2009-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of determination of coefficient of convective heat exchange |
| RU2677973C1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for determining the heat transfer coefficient through the wall of a convective cool part |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8718989B2 (en) | Method to determine the internal structure of a heat conducting body | |
| Rogers et al. | Effects of double wall cooling configuration and conditions on performance of full coverage effusion cooling | |
| Rogers et al. | Effects of double wall cooling configuration and conditions on performance of full-coverage effusion cooling | |
| Ren et al. | Internal and external cooling of a full coverage effusion cooling plate: effects of double wall configuration and conditions | |
| Leontiev et al. | Effect of vortex flows at surface with hollow-type relief on heat transfer coefficients and equilibrium temperature in supersonic flow | |
| Hetsroni et al. | Surface temperature measurement of a heated capillary tube by means of an infrared technique | |
| Cukurel et al. | Conjugate heat transfer characterization in cooling channels | |
| Naved et al. | Heat transfer measurements of a transpiration-cooled stagnation point in transient hypersonic flow | |
| Waidmann et al. | Application of thermochromic liquid crystal mixtures for transient heat transfer measurements | |
| RU2796333C1 (en) | Method for determining heat transfer coefficient of a part | |
| Michał et al. | Evaluating the influence of radiative heat flux on convective heat transfer from a vertical plate in air using an improved heating plate | |
| Znamenskaya et al. | Time-resolved thermography of impinging water jet | |
| Talib et al. | A novel liquid crystal image processing technique using multiple gas temperature steps to determine heat transfer coefficient distribution and adiabatic wall temperature | |
| Croft | The convective regime and temperature distribution above a horizontal heated surface | |
| Beaumale et al. | Simultaneous high-accuracy measurements of local heat transfer and phase distribution during convective condensation using non intrusive diagnostic tools | |
| Grabas | Pyrometric temperature measurements with a miniature cavity used as a blackbody in the calorimetric method for determining absorbed laser energy | |
| Bol’shukhin et al. | Thermographic study of turbulent water pulsations in nonisothermal mixing | |
| Tariq et al. | Flow and heat transfer in a rectangular duct with single rib and two ribs mounted on the bottom surface | |
| Lee et al. | Application of holographic interferometry and 2D PIV for HSC convective flow diagnostics | |
| Wiedner et al. | Determination of convective heat flux on steady-state heat transfer surfaces with arbitrarily specified boundaries | |
| Tariq et al. | An experimental study of convective heat transfer from flat and ribbed surfaces | |
| Noorma et al. | Water heat pipe blackbody as a reference spectral radiance source between 50 C and 250 C | |
| Hoefler et al. | Heat transfer experiments in a confined jet impingement configuration using transient techniques | |
| RU2347213C1 (en) | Method of determination of coefficient of convective heat exchange | |
| Niro et al. | Local and global heat transfer characteristics inside a rectangular channel of 1: 10 aspect-ratio with ribbed surfaces |