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Search results
Showing 31 to 36 of 36 (0.081 seconds)| 31 |
Surface Measurements And Predictions Of Full-coverage Film CoolingNatsui, Gregory 01 January 2012 (has links)
Full-coverage film cooling is investigated both experimentally and numerically. First, surface measurements local of adiabatic film cooling effectiveness and heat transfer augmentation for four different arrays are described. Reported next is a comparison between two very common turbulence models, Realizable k-ε and SST k-ω, and their ability to predict local film cooling effectiveness throughout a full-coverage array. The objective of the experimental study is the quantification of local heat transfer augmentation and adiabatic film cooling effectiveness for four surfaces cooled by large, both in hole count and in non-dimensional spacing, arrays of film cooling holes. The four arrays are of two different hole-to-hole spacings (P/D = X/D = 14.5, 19.8) and two different hole inclination angles (α = 30◦ , 45◦ ), with cylindrical holes compounded relative to the flow (β = 45◦ ) and arranged in a staggered configuration. Arrays of up to 30 rows are tested so that the superposition effect of the coolant film can be studied. In addition, shortened arrays of up to 20 rows of coolant holes are also tested so that the decay of the coolant film following injection can be studied. Levels of laterally averaged effectiveness reach values as high as ¯η = 0.5, and are not yet at the asymptotic limit even after 20 − 30 rows of injection for all cases studied. Levels of heat transfer augmentation asymptotically approach values of h/h0 ≈ 1.35 rather quickly, iii only after 10 rows. It is conjectured that the heat transfer augmentation levels off very quickly due to the boundary layer reaching an equilibrium in which the perturbation from additional film rows has reached a balance with the damping effect resulting from viscosity. The levels of laterally averaged adiabatic film cooling effectiveness far exceeding ¯η = 0.5 are much higher than expected. The heat transfer augmentation levels off quickly as opposed to the film effectiveness which continues to rise (although asymptotically) at large row numbers. This ensures that an increased row count represents coolant well spent. The numerical predictions are carried out in order to test the ability of the two most common turbulence models to properly predict full coverage film cooling. The two models chosen, Realizable k − ε (RKE) and Shear Stress T ransport k − ω (SSTKW), are both two-equation models coupled with Reynolds Averaged governing equations which make several gross physical assumptions and require several empirical values. Hence, the models are not expected to provide perfect results. However, very good average values are seen to be obtained through these simple models. Using RKE in order to model full-coverage film cooling will yield results with 30% less error than selecting SSTKW.
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Investigation of Heat Transfer Rates Around the Aerodynamic Cavities on a Flat Plate at Hypersonic Mach NumbersPhilip, Sarah Jobin January 2011 (has links) (PDF)
Aerodynamic cavities are common features on hypersonic vehicles which are caused in both large and small scale features like surface defects, pitting, gap in joints etc. In the hypersonic regime, the presence of such cavities alters the flow phenomenon considerably and heating rates adjacent to the discontinuities can be greatly enhanced due to the diversion of flow. Since the 1960s, a great deal of theoretical and experimental research has been carried out on cavity flow physics and heating. However, most of the studies have been done to characterize the effect downstream and within the cavity. In the present study, a series of were carried out in the shock tunnel to investigate the heating characteristics, upstream and on the lateral side of the cavity. Heat flux measurement has been done using indigenously developed high resistance platinum thin film gauges. High resistance gauges, as contrary to the conventionally used low resistance gauges were showing good response to the extremely low heat flux values on a flat plate with sharp leading edge. The experimental measurements of heat done on a flat plate with sharp leading edge using these gauges show good match with theoretical relation by Crabtree et al. Flow visualization using high speed camera with the cavity model and shock structures visualized were similar to reported in supersonic cavity flow. This also goes to state that in spite of the fluctuating shear layer-the main feature of hypersonic flow over a cavity ,reasonable studies can be done within the short test time of shock tunnel.
Numerical Simulations by solving the Navier-Stokes equation, using the commercially available CFD package FLUENT 13.0.0 has been done to complement the experimental studies.
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Kalibrace experimentálního zařízení pro testování kosmických technologií / Calibration task of experimental device for space technology testingLazar, Václav January 2019 (has links)
Diplomová práce se zabývá možnosti kalibrace experimentálního testovacího zařízení. Zejména se věnuje návrhu termálního matematického modelu popisujícího tepelné procesy uvnitř zařízení v průběhu měření tepelné vodivosti vzorku. První část práce je věnována seznámení se s testovacím zařízením, jeho limity a principem měření. Popisuje řešení třetí verze testovací komory, společně s nezbytnými úpravami, provedenými za účelem zajištění předepsaných simulačních podmínek. Zmiňuje také potřebu a důvody kalibrace. Druhá část je především zaměřená na návrh kalibračních vzorků a termálního modelu. Uvádí definované požadavky a konečné vlastnosti vyrobených vzorků. Matematický model prezentuje postup výpočtu zjištěných tepelných ztrát a poukazuje na možnosti jejich zpřesnění. Testování kalibračních vzorků bylo provedeno na nově zprovozněné třetí verzi testovací komory. Naměřené výsledky poslouží k ladění termálního modelu, nezbytného k dokončení kalibračního procesu, který umožní přikročení k další fázi testování v experimentální komoře.
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Ein Beitrag zur Entwicklung neuartiger keramischer Wärmeübertrager für RekuperatorbrennerEder, Robert 17 February 2015 (has links) (PDF)
Die Effektivität keramischer Wärmeübertrager kann durch eine feinere Strukturierung der Oberflächen gesteigert werden. Dies kann durch die Integration textiler Urformen anstatt der konventionell im Schlickguss hergestellten gröberen Geometrien erfolgen. Für Strukturierungen in Form von wandgebundenen Halbbögen werden die Ergebnisse umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen zu den wärmetechnischen und strömungsmechanischen Eigenschaften vorgestellt. Basierend auf den Erkenntnissen der mittels numerischer Simulation durchgeführten Parameterstudie werden verschiedene Empfehlungen für eine optimierte Anordnung der Halbbögen gegeben, um das Verhältnis von Wärmeübergang zur Druckverlust zu verbessern. Die experimentellen Ergebnisse belegen die Richtigkeit der gewählten Randbedingungen und Vereinfachungen im numerischen Modell. Des Weiteren wurden die Strömungsstrukturen mit laserdiagnostischen Messmethoden umfangreich charakterisiert.
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Ein Beitrag zur Entwicklung neuartiger keramischer Wärmeübertrager für Rekuperatorbrenner: Ein Beitrag zur Entwicklung neuartiger keramischer Wärmeübertrager für RekuperatorbrennerEder, Robert 17 July 2014 (has links)
Die Effektivität keramischer Wärmeübertrager kann durch eine feinere Strukturierung der Oberflächen gesteigert werden. Dies kann durch die Integration textiler Urformen anstatt der konventionell im Schlickguss hergestellten gröberen Geometrien erfolgen. Für Strukturierungen in Form von wandgebundenen Halbbögen werden die Ergebnisse umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen zu den wärmetechnischen und strömungsmechanischen Eigenschaften vorgestellt. Basierend auf den Erkenntnissen der mittels numerischer Simulation durchgeführten Parameterstudie werden verschiedene Empfehlungen für eine optimierte Anordnung der Halbbögen gegeben, um das Verhältnis von Wärmeübergang zur Druckverlust zu verbessern. Die experimentellen Ergebnisse belegen die Richtigkeit der gewählten Randbedingungen und Vereinfachungen im numerischen Modell. Des Weiteren wurden die Strömungsstrukturen mit laserdiagnostischen Messmethoden umfangreich charakterisiert.:0 Verwendete Symbole und Formelzeichen IV
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.2 Lösungsansatz 2
1.3 Zielstellung und Struktur der Arbeit 4
2 Stand der Technik 5
2.1 Vorwort 5
2.2 Kennzahlen zur Charakterisierung von Rekuperatoren und Wärmeüber-trageroberflächen 6
2.3 Strömungszustände und Strömungsprofile 13
2.3.1 Grenzschichten von Strömungen 13
2.3.2 Laminare Strömung zwischen zwei parallelen Platten und im Rechteckkanal 14
2.3.3 Turbulente Strömung zwischen zwei parallelen Platten 15
2.3.4 Kenngrößen, Längen- und Zeitmaße von turbulenten Strömungen 16
2.4 Umströmung von Zylindern und Wärmeübergang an Zylindern 19
2.4.1 Quer angeströmter Zylinder, Wirbelablösung und Kármánsche Wirbelstraße 19
2.4.2 Hufeisenwirbel um einen wandgebundenen Zylinder 25
2.4.3 Zylinder in Wechselwirkung miteinander und Zylinder in Tandempaarung 27
2.4.4 Quer angeströmter Zylinder parallel zu einer Wand 28
2.5 Weitere den Wärmeübergang steigernde Strukturen 29
2.5.1 Rohrbündel 30
2.5.2 Stabrippen – „pin fins“ 31
2.5.3 Zweidimensionale Rippengeometrien 33
2.5.4 Gedrehte Bleche und andere Einbauten in Rohrquerschnitten 36
2.5.5 Turbulatoren 38
2.5.6 Poröse Körper 39
2.5.7 Drähte als wärmeübergangsteigernde Struktur 40
2.6 Wärmeübertrager für Industriegasbrenner 41
3 Numerische und experimentelle Untersuchungen der neuentwickelten Wärmeübertragerstruktur 45
4 Numerische Untersuchungen bezüglich des Strömungsfelds um die Bogenstrukturen 49
4.1 Randbedingungen und Vernetzung der numerischen Simulation 49
4.2 Bemerkungen zum Turbulenzmodell 54
4.3 Validierung des numerischen Modells am leeren Kanal 59
4.4 Ergebnisse für die Grundgeometrie 63
4.5 Parameterstudie zur Anordnung und Anzahl der Bögen 70
4.5.1 Variation der Bogendichte 70
4.5.2 Variation der Anordnung der Bögen zueinander bei konstanter Bogendichte 75
4.5.3 Variation der Kanalhöhe bei konstanten Randbedingungen 78
4.5.4 Variation der Kanalhöhe bei umgekehrten Randbedingungen 80
4.5.5 Variation des Bogendurchmessers D 82
4.5.6 Bemerkung zum Anstellwinkel 83
5 Experimentelle Untersuchungen zum Wärmeübergangskoeffizienten 85
5.1 Versuchsaufbau 85
5.2 Versuchsdurchführung und Auswertung 88
5.3 Vergleich des Versuchsstandes mit Untersuchungen für Spaltströmungen 90
5.4 Referenzmessungen mit metallischen Wärmeübertragerstrukturen 93
5.4.1 Ergebnisse für die Grundgeometrie 93
5.4.2 Variation der Kanalhöhe 96
5.4.3 Variation der Kanalhöhe bei umgekehrten Randbedingungen 97
5.5 Messung mit keramischen Strukturen 98
6 Experimentelle Untersuchungen zum Strömungsverhalten 101
6.1 Versuchsaufbau 101
6.2 PIV-Messungen 104
6.2.1 Allgemeines zum Messprinzip 104
6.2.2 Messaufbau 105
6.2.3 Versuchsergebnisse 106
6.3 LDA-Messungen 111
6.3.1 Allgemeines zum Messprinzip und zur Versuchsdurchführung 111
6.3.2 Validierung des Versuchsstandes 114
6.3.3 Strömungsprofile aus der LDA-Messung 117
6.3.4 Wirbelablösung im Bogennachlauf 130
6.3.5 Skalen der Strömung 144
7 Anwendungsbeispiel: Rekuperatorbrenner 151
7.1 Brennerprototyp und Versuchsdurchführung 151
7.2 Versuchsergebnisse und Auswertung 153
8 Zusammenfassung und Ausblick 157
9 Literaturverzeichnis 161
10 Anhang 173
10.1 Messtechnik des Windkanals 173
10.2 PIV-Messtechnik 175
10.3 LDA-Messtechnik 176
10.4 Versuche mit dem Rekuperatorprototypen 177
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Experimental Aerothermal Performance of Turbofan Bypass Flow Heat ExchangersVillafañe Roca, Laura 07 January 2014 (has links)
The path to future aero-engines with more efficient engine architectures requires advanced
thermal management technologies to handle the demand of refrigeration and lubrication. Oil
systems, holding a double function as lubricant and coolant circuits, require supplemental
cooling sources to the conventional fuel based cooling systems as the current oil thermal
capacity becomes saturated with future engine developments. The present research focuses on
air/oil coolers, which geometrical characteristics and location are designed to minimize
aerodynamic effects while maximizing the thermal exchange. The heat exchangers composed
of parallel fins are integrated at the inner wall of the secondary duct of a turbofan. The
analysis of the interaction between the three-dimensional high velocity bypass flow and the
heat exchangers is essential to evaluate and optimize the aero-thermodynamic performances,
and to provide data for engine modeling. The objectives of this research are the development
of engine testing methods alternative to flight testing, and the characterization of the
aerothermal behavior of different finned heat exchanger configurations.
A new blow-down wind tunnel test facility was specifically designed to replicate the engine
bypass flow in the region of the splitter. The annular sector type test section consists on a
complex 3D geometry, as a result of three dimensional numerical flow simulations. The flow
evolves over the splitter duplicated at real scale, guided by helicoidally shaped lateral walls.
The development of measurement techniques for the present application involved the design
of instrumentation, testing procedures and data reduction methods. Detailed studies were
focused on multi-hole and fine wire thermocouple probes.
Two types of test campaigns were performed dedicated to: flow measurements along the test
section for different test configurations, i.e. in the absence of heat exchangers and in the
presence of different heat exchanger geometries, and heat transfer measurements on the heat
exchanger. As a result contours of flow velocity, angular distributions, total and static
pressures, temperatures and turbulence intensities, at different bypass duct axial positions, as
well as wall pressures along the test section, were obtained. The analysis of the flow
development along the test section allowed the understanding of the different flow behaviors
for each test configuration. Comparison of flow variables at each measurement plane
permitted quantifying and contrasting the different flow disturbances. Detailed analyses of the
flow downstream of the heat exchangers were assessed to characterize the flow in the fins¿
wake region. The aerodynamic performance of each heat exchanger configuration was
evaluated in terms of non dimensional pressure losses. Fins convective heat transfer
characteristics were derived from the infrared fin surface temperature measurements through a
new methodology based on inverse heat transfer methods coupled with conductive heat flux
models. The experimental characterization permitted to evaluate the cooling capacity of the
investigated type of heat exchangers for the design operational conditions. Finally, the
thermal efficiency of the heat exchanger at different points of the flight envelope during a
typical commercial mission was estimated by extrapolating the convective properties of the
flow to flight conditions. / Villafañe Roca, L. (2013). Experimental Aerothermal Performance of Turbofan Bypass Flow Heat Exchangers [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34774
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