Investigations of Thermal Diffusivity of Material of Compressor Blade of Turbine Jet Engine Using Modified Temperature Oscillation Method

• Autorzy: Omen Ł. , Panas A.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0011.7180

Warianty tytułu

PL

Badania dyfuzyjności cieplnej materiału łopatki sprężarki turbinowego silnika odrzutowego metodą wymuszenia okresowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The modified temperature oscillation method was applied for investigation of thermal diffusivity of the aviation turbine engine’s part. The studies resulted in characterization of the applied method and experimental procedures performance. They were motivated by a need of determination of thermophysical data of the investigated material. The acquired thermal diffusivity data enabled identification of the material’s type and will be applied as input data for numerical analyses on thermo-mechanical loads of the structure. The investigated specimen was a sample of material from the first stage compressor’s blade of the AŁ-21F3 turbine engine. The measurements were conducted within the range of 5°C to 95°C. The thermal diffusivity was calculated from both the amplitude and phase responses to the harmonic excitation from exact analytical solution of the appropriate heat conduction problem. The appropriate transcendental equations describing the response signal amplitude attenuation and phase shift were solved applying iterative procedures. The analysis confirmed the effectiveness of the research methods and enabled to identify the material as titanium alloy.

PL

W pracy omówiono wykorzystanie zmodyfikowanej metody wymuszeń okresowych do określenia dyfuzyjności cieplnej materiału konstrukcyjnego lotniczego silnika odrzutowego oraz przedstawiono zastosowane procedury badań. Bezpośrednią przyczyną podjęcia badań była konieczność identyfikacji i udokumentowania danych materiałowych do ich późniejszego wykorzystania w modelowaniu numerycznym obciążeń termomechanicznych konstrukcji. Długofalowo wykonane badania mają służyć opracowaniu szybkiej i skutecznej nieniszczącej metody określania właściwości cieplnofizycznych elementów konstrukcyjnych napędów lotniczych. Obiektem badań była próbka materiału pobrana z łopatki wirnikowej pierwszego stopnia sprężarki turbinowego silnika odrzutowego AŁ–21F3. Badania wykonano dla przedziału temperatury od 5 °C do 95 °C. Wartość dyfuzyjności cieplnej określono wykorzystując tzw. amplitudowe i fazowe cechy odpowiedzi na wymuszenie quasi-sinusoidalne. Analiza otrzymanych wyników potwierdziła skuteczność zastosowanej metody badań i pozwoliła na zidentyfikowanie badanego materiału, jako stopu tytanu.

Słowa kluczowe

EN

mechanics; thermal diffusivity; Ångström’s method

PL

dyfuzyjność cieplna; metoda Ångströma

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 9, Nr 1 (31)
• Strony: 79--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Omen Ł.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace 2 Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Panas A.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace 2 Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Ångström J. Anders. 1861. „Neue Methode, das Warmeleitungsvermogen der Korper zu bestimmen“. Annalen der Physic und Chemie, 114 : 513-530.
• [2] Belling J.M., J. Unsworth. 1987. “Modified Ångström‘s method for measurement of thermal diffusivity of materials with low conductivity”. Rev. Sci. Instr. 58 : 997-1002.
• [3] Bodzenta Jerzy, Bogusław Burak, Marian Nowak, Monika Pyka, Maria Szałajko, Marta Tanasiewicz. 2006. „Measurement of the thermal diffusivity of dental filling materials using modified Angstrom's method”. Dental Materials 22 (7) : 617–621.
• [4] Bodzenta Jerzy. 2008. “Thermal wave methods in investigation of thermal properties of solids”. Eur. Phys. J. Special Topics 154 : 305-311.
• [5] Carslaw S. Horatio, Jaeger C. John. 2003. Conduction of Heat in Solids (2nd Edition) 102-105, 105-112. London, Oxford: Clarendon Press.
• [6] de Coninck R., Peletsky V.E. 1984. Electron Bombardment Modulated Heat Input. In Compendium of Thermophysical Property Measurement Methods (Maglić K. D., Cezairliyan A. and Peletsky V. E., eds.) 367-428. New York: Plenum Press.
• [7] Friis-Pedersen H.Hans, Jørgen H. Pedersen, L. Haussler, Birgit K. Storm. 2006. „Online measurement of thermal diffusivity during cure of an epoxy composite”. Polymer testing 25 (8) : 1059-1068.
• [8] Kapischke Jörg, Jobst Hapke. 1998. “Measurement of the effective thermal conductivity of a Mg-MgH2 packed bed with oscillating heating”. Experimental Thermal and Fluid Science 17 (4) : 347-355.
• [9] Kosky G. Philip, D.H. Maylotte, J.P. Gallo. 1999. “Ångström‘s method applied to simultaneous measurements of thermal diffusivity and heat transfer coefficients: Part 1, Theory”. Int. Comm. Heat Mass Trans 26 (8) : 1051-1059.
• [10] Lykov A.V. 1967. Tieoria tieploprovodnosti. Moskva: Vyshaia Schola.
• [11] Maglić D. Kosta, Ared Cezairliyan, Vladislav E. Peletsky. 1984. Compendium of Thermophysical Property Measurement Methods. New York: Plenum Press.
• [12] Maylotte H. D., Philip G. Kosky, J.P. Gallo. 1999. “Ångström‘s method applied to simultaneous measurements of thermal diffusivity and heat transfer coefficients: Part 2”. Experimental. Int. Com. Heat Mass Trans. 26 (8) : 1061–8.
• [13] Panas J. Andrzej, Panas Dagmara. 2009. „DSC investigation of binary iron-nickel alloys”. High Temp. – High Press 38 (1) : 63-78.
• [14] Panas J. Andrzej, Mirosław Nowakowski. 2009. Numerical validation of the scanning mode procedure of thermal diffusivity investigation applying temperature oscillation. In Proceedings of Thermophysics 2009 252-259. Czech Republic, Brno: Brno University of Technology, Faculty of Chemistry.
• [15] Panas J. Andrzej, Mirosław Nowakowski. 2011. „Analysis of Metrological Conditioning of Thermal Diffusivity Measurements Applying Modified Ångström’s Method at Scanning Mode Operation”. Journal of KONES Powertrain and Transport 18 (2) : 331-338.
• [16] Panas J. Andrzej. 2010. Comparative-Complementary Investigations of Thermophysical Properties – High Thermal Resolution Procedures In Practice. In Proceedings of Thermophysics 2010, 218-235. Czech Republic, Brno: Brno University of Technology, Faculty of Chemistry.
• [17] Panas J. Andrzej, Mirosław Nowakowski, Jaromir J. Panas., Karol Rećko. 2011. „Effect of Approximation on the Results of Modified Ångström’s Procedure for the Thermal Diffusivity Measurement”. Technical News (Technitshni Visti) 33/34 (1/2) : 38-41.
• [18] Panas, J. Andrzej. 2011. IR Support of Thermophysical Property Investigation. In Infrared Thermography ( Raghu V. Prakash ed.) 65-90. Intech.
• [19] Phylippov P. L.1984. Temperature Wave Techniques. In Compendium of Thermophysical Property Measurement Methods (Maglić K. D., Cezairliyan A. and Peletsky V. E., eds.) 337-365. New York: Plenum Press.
• [20] Szczepaniak Robert, Andrzej J. Panas, Mirosław Nowakowski , Jaromir Panas. 2012. „Badania dyfuzyjności cieplnej wody metodą wymuszenia okresowego”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa – Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering 3 (3) : 85-97.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).