Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính chất dòng chảy và truyền nhiệt của mảng lưới Kagome phân bố chéo trong các kênh hình chữ nhật
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, cấu trúc lưới Kagome (KLS) được sản xuất bởi máy in 3D được sử dụng như một bộ khuếch tán cho một kênh làm mát nội bộ hình chữ nhật điển hình tại mép sau của cánh tuabin. Hệ số ma sát và hệ số truyền nhiệt của tường đáy của kênh chứa KLS làm từ nhựa ABS có độ dẫn nhiệt thấp được phân tích thực nghiệm và tính toán bằng cách thay đổi đường kính cột d/H = 0.1–0.2, góc nghiêng α = 45°-60° và góc bao β = 120°-150° trong khoảng số Reynolds từ 5000 đến 30,000. Các mối tương quan phù hợp của các tham số này với hệ số ma sát của kênh và số Nusselt trung bình của bề mặt làm việc đã được xác định. Kết quả cho thấy khi số Reynolds tăng từ 5000 lên 30,000, phạm vi xoáy sau cột loại II tăng rõ rệt, hiệu ứng truyền nhiệt cục bộ được cải thiện đáng kể và hệ số tác động tổng thể F tăng 180%. Khi d/H tăng từ 0.1 lên 0.2, diện tích xoáy ngưng tụ sau cột loại I mở rộng, hiệu ứng truyền nhiệt được cải thiện đáng kể, hệ số ma sát tăng 60.9%, số Nusselt trung bình của tường kênh tăng 32.2%, và F tăng 16%. Với sự gia tăng của α và β, hiệu ứng truyền nhiệt không có sự thay đổi rõ rệt, nhưng hệ số ma sát trong kênh giảm với những mức độ khác nhau. Diện tích truyền nhiệt cao chủ yếu tập trung gần bề mặt của cột. Trong mối tương quan phù hợp thu được, sai số tối đa của số Nusselt trung bình là 9.3%, và sai số tối đa của hệ số ma sát là 24%.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Gebisa AW, Lemu HG (2018) Additive Manufacturing for the Manufacture of Gas Turbine Engine Components: Literature Review and Future Perspectives
Je-Chin H, Michael H (2010) Recent studies in turbine blade internal cooling. Heat Transf Res 41(8):803–828
Wang L, Wang S, Wen F, Xun Z, Wang Z (2018) Effects of continuous wavy ribs on heat transfer and cooling air flow in a square single-pass channel of turbine blade. Int J Heat Mass Transf 121:514–533
Chyu M K, Siw S C (2013) Recent advances of internal cooling techniques for gas turbine airfoils. J Therm Sci Eng Appl
Han J C, Dutta S, Ekkad S (2012) Gas Turbine Heat Transfer & Cooling Technology
Chyu MK (1990) Heat Transfer and Pressure Drop for Short Pin-Fin Arrays With Pin-Endwall Fillet. J Heat Trans-T Asme 112(4):926–932
Lawson SA, Thrift AA, Thole KA (2007) Heat transfer from multiple row arrays of low aspect ratio pin fins. Int J Heat Mass Transf 54(17–18):4099–4109
Chyu MK, Yen CH, Siw S (2007) Comparison of Heat Transfer From Staggered Pin Fin Arrays With Circular, Cubic and Diamond Shaped Elements. ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea, and Air, pp. 991–999
Chyu MK, Siw SC, Moon HK (2009) Effects of Height-to-Diameter Ratio of Pin Element on Heat Transfer from Staggered Pin-Fin Arrays. ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air, pp. 705–713
Xu J, Yao J, Su P, Lei J, Wu J, Gao T (2017) Heat Transfer and Pressure Loss Characteristics of Pin-Fins With Different Shapes in a Wide Channel. ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition
Siw SC, Fradeneck AD, Chyu MK, Alvin MA (2015) The Effects of Different Pin-Fin Arrays on Heat Transfer and Pressure Loss in a Narrow Channel. ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition
Schaedler TA, Jacobsen AJ, Torrents A, Sorensen AE, Lian J, Greer JR, Valdevit L, Carter WB (2011) Ultralight metallic microlattices. Science 334(6058):962–965
Xiong J, Mines R, Ghosh R et al (2015) Advanced micro-lattice materials Adv Eng Mater 17(9):1253–1264
Qu ZG, Wang TS, Tao WQ, Lu TJ (2012) A theoretical octet-truss lattice unit cell model for effective thermal conductivity of consolidated porous materials saturated with fluid. Heat Mass Transfer 48:1385–1395
Wadley HNG (2006) Multifunctional periodic cellular metals. Phil Trans R Soc A 364(1838):31–68
And DJS, Wadley HNG (2002) Cellular metal truss core sandwich structures. Adv Eng Mater 4(10):759–764
Lim JH, Kang KJ (2006) Mechanical behavior of sandwich panels with tetrahedral and Kagome truss cores fabricated from wires. Int J Solids Struct 43(17):5228–5246
Queheillalt DT, Wadley HNG (2009) Titanium alloy lattice truss structures. Mater Design 30(6):1966–1975
Lan X, Feng S, Huang Q, Zhou T (2019) A comparative study of blast resistance of cylindrical sandwich panels with aluminum foam and auxetic honeycomb cores. Aerosp Sci Technol 87:37–47
Duc ND, Seung-Eock K, Tuan ND, Tran P, Khoa ND (2017) New approach to study nonlinear dynamic response and vibration of sandwich composite cylindrical panels with auxetic honeycomb core layer. Aerosp Sci Technol 70:396–404
Kim T, Zhao CY, Lu TJ, Hodson HP (2004) Convective heat dissipation with lattice-frame materials. Mech Mater 36:767–780
Kim T, Hodson HP, Lu TJ (2004) Fluid-flow and endwall heat-transfer characteristics of an ultralight lattice-frame material. Int J Heat Mass Transf 47:1129–1140
Kim T, Hodson HP, Lu TJ (2005) Contribution of vortex structures and flow separation to local and overall pressure and heat transfer characteristics in an ultralightweight lattice material. Int J Heat Mass Transf 48:4243–4264
Ma Y, Yan H, Xie G (2020) Flow and thermal performance of sandwich panels with plate fins or/and pyramidal lattice. Appl Therm Eng 164: 114468
Wang X, Wei K, Wang K, Yang X, Fang D (2020) Effective thermal conductivity and heat transfer characteristics for a series of lightweight lattice core sandwich panels. Appl Therm Eng 173: 115205
Yan HB, Zhang QC, Chen W, Xie G, Dang J, Lu TJ (2020) An X-lattice cored rectangular honeycomb with enhanced convective heat transfer performance. Appl Therm Eng 166: 114687
Joo JH, Rang BS, Rang KJ (2009) Experimental Studies on Friction Factor and Heat Transfer Characteristics through Wire-Woven Bulk Kagome Structure. Exp Heat Transfer 22:99–116
Joo JH, Kang KJ, Kim T, Lu T (2011) Forced convective heat transfer in all metallic wire-woven bulk Kagome sandwich panels. Int J Heat Mass Transf 54:5658–5662
Gao L, Sun YG (2014) Fluid flow and heat transfer characteristics of composite lattice core sandwich structures. J Thermophys Heat Tr 28(2):258–269
Gao L, Sun YG (2015) Thermal control of composite sandwich structure with lattice truss cores. J Thermophys Heat Tr 29(1):47–54
Gao L, Sun YG (2016) Active Cooling Performance of All-composite Lattice Truss Core Sandwich Structure. Heat Transf Res 47(12):1093–1108
Yan HB, Zhang QC, Lu TJ, Kim T (2015) A lightweight X-type metallic lattice in single-phase forced convection. Int J Heat Mass Transf 83:273–283
Xie G, Yan HB, Lu TJ, Yang X (2017) Convective heat transfer in a lightweight multifunctional sandwich panel with X-type metallic lattice core. Appl Therm Eng 127:1293–1304
Jin X, Shen B, Yan H, Sunden B, Xie G (2018) Comparative evaluations of thermofluidic characteristics of sandwich panels with X-lattice and Pyramidal-lattice cores. Int J Heat Mass Transf 127:268–282
Dong L, Bai WD, Chen W, Chyub MK (2020) Investigating the effect of element shape of the face-centered cubic lattice structure on the flow and endwall heat transfer characteristics in a rectangular channel. Int J Heat Mass Transf 153: 119579
Kemerli U, Kahveci K (2020) Conjugate forced convective heat transfer in a sandwich panel with a Kagome truss core: The effects of strut length and diameter. Appl Therm Eng 167: 114794
Hyun S, Karlsson AM, Torquato S (2003) Simulated Properties of Kagome and Tetragonal Truss Core Panels. Int J Solids Struct 40(25):6989–6998
Wang J, Evans AG, Dharmasena K (2003) On the performance of truss panels with Kagomé cores. Int J Solids Struct 40(25):6981–6988
Yang G, Hou C, Zhao M (2019) Comparison of convective heat transfer for Kagome and tetrahedral truss-cored lattice sandwich panels. Sci Rep 9(1)
Shen B, Yan H, Xue H (2018) The Effects of Geometrical Topology on Fluid Flow and Thermal Performance in Kagome Cored Sandwich Panels. Appl Therm Eng 142:79–88
Shen B, Li Y, Yan H (2019) Heat transfer enhancement of wedge-shaped channels by replacing pin fins with Kagome lattice structures. Int J Heat Mass Transf 141:88–101
Parbat SN, Zheng M, Li Y (2020) Experimental and Numerical Analysis of Additively Manufactured Inconel 718 Coupons With Lattice Structure. J Turbomach 142(6):1–40
Xu L, Xi L, Zhao Z, Gao J, Li Y (2018) Numerical prediction of heat loss from a test ribbed rectangular channel using the conjugate calculations. Int Commun Heat Mass 96:98–108
Xi L, Gao J, Xu L, Zhao Z, Li Y (2018) Study on heat transfer performance of steam-cooled ribbed channel using neural networks and genetic algorithms. Int J Heat Mass Transf 127:1110–1123