新型热流传感器在燃气轮机中的创新性应用

宾夕法尼亚州立大学机械工程系的博士生Shawn Siroka开发了燃气轮机发动机中的新型热流传感器。

  据外媒报道,宾夕法尼亚州立大学机械工程系的博士生Shawn Siroka开发了燃气轮机发动机中的新型热流传感器。Siroka是稳态热力航空研究涡轮(START)实验室的研究人员之一,该实验室致力于通过了解涡轮如何减轻和处理极端温度来提高涡轮能量的产生。

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Shawn Siroka在宾夕法尼亚州立START实验室使用薄膜热通量计。(宾夕法尼亚州立大学)

  Siroka在宾夕法尼亚州立大学网站上发表的一篇文章中说:“人们研究传热已有300多年了,我们对此很有把握,但是由于这是一个极其复杂的主题,所以我仍有探索和尝试新事物的空间。”

  研究型燃气轮机,就像那些安置在START实验室里的涡轮机一样,对于工业和政府而言都是至关重要的工具,在那里,人们研究了提高技术效率和性能的新方法,并最终在发电厂和喷气发动机中实施。特别是,Siroka的研究深入到了薄膜热流计(HFG),这是一种柔性传感器,可以测量这些测试涡轮机中的温度。

  他说:“本质上,这些薄膜热流计(HFG)正在测量进出涡轮叶片的能量。拥有这些数据有助于预测零件的寿命或耐用性,还可以帮助了解零件的冷却效率。”

  Siroka与著名教授、机械工程系主任兼START实验室主任Karen Thole和机械工程助理研究教授Reid Berdanier于2019年一起访问了牛津大学,在那里,研究人员开发出了可在短期涡轮内使用的薄膜热流计(HFG)。宾夕法尼亚州立大学的研究小组试图了解他们在使用这些组件满足START实验室的持续时间需求时所面临的挑战。

  Siroka说:“我们能够把学到的知识带回START实验室。我们决定在充分利用宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的资源,特别是纳米制造实验室(Nanomic Lab)的资源的同时,扩大牛津大学此前所做的工作。”

  至此,对研究人员提出的挑战增加了复杂性。薄膜热流计(HFG)的使用在很大程度上局限于短时涡轮机,这种涡轮机通常一次运行几分钟或几秒钟。相比之下,START实验室的标志性持续时间设备每天定期运行8-10小时,以提供更深入的涡轮机数据和分析,从而更接近于实际应用。

  Siroka说:“当燃气发动机在飞机上发电时,它们总是在稳定的状态下工作,就像START实验室的设施一样。这意味着当我们在稳定的条件下进行测试时,我们可以进行更多的比较。”

  Siroka的工作详细介绍了这些改进的薄膜热流计(HFG)的纳米制造工艺,并提供了一种更好的校准方法来解决仪器的潜在劣化问题,当部件经受长时间的钻机的更苛刻的暴露时,这将变得至关重要。

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