High-temperature phosphor thermometry of rotating turbine blades

Tobin, Kenneth W.; Allison, S. W.; Gates, M.R.; Capps, Gary J; Beshears, D.L.; Cyr, M.; Noel, B. W.

doi:10.2514/3.25242

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“…Thermographic phosphors are usually applied to a surface in a form of insoluble powder or crystal in contrast to polymer-based TSP although both techniques utilize the temperature dependency of luminescence [9]. A family of thermographic phosphors can cover a temperature range from room temperature to 1600 K. Thermographic phosphors have been used for high temperature measurements in hypersonic tunnels [10][11][12][13] and gas turbine engines [14][15][16]. Thermochromic liquid crystals applied to a black surface selectively reflect light and hue varies depending on the surface temperature, which allows measurement of the surface temperature in a relatively narrow range (25-45°C).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Correcting lateral heat conduction effect in image-based heat flux measurements as an inverse problem

Liu

Wang

Rubal

et al. 2011

International Journal of Heat and Mass Transfer

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Correcting lateral heat conduction effect in image-based heat flux measurements as an inverse problem

Liu

Wang

Rubal

et al. 2011

International Journal of Heat and Mass Transfer

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“…This technique exploits the temperature-dependent light emission (phosphorescence) characteristics of rare-earth-doped ceramic phosphors. An extensive review of the phosphorescence technique is provided in Reference [10] while several publications are available which report on various applications of the technique in a range of environments including IC engines [10][11][12][13] and gas turbines [14,15]. The principal advantages of the phosphorescence technique are that it provides non-intrusive and emissivity-independent wall temperature measurements.…”

Section: Laser-induced Phosphorescence Thermographymentioning

confidence: 99%

Optical Engines as Representative Tools in the Development of New Combustion Engine Concepts

Kashdan

Thirouard

2011

Oil Gas Sci. Technol. – Rev. IFP Energies nouvelles

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Résumé -Moteurs transparents comme outils représentatifs dans le développement de nouveaux concepts des moteurs à combustion interne -Les moteurs monocylindres transparents sont employés comme outils de recherche et de développement des moteurs à combustion interne. Ils permettent l'utilisation de techniques de diagnostics non-intrusifs (qualitatifs et quantitatifs) pour étudier des phénomènes comme l'aérodynamique interne, la préparation du mélange, la combustion et la formation de polluants. Ces données expérimentales sont importantes pour la validation des modèles numériques et permettent également d'obtenir une compréhension détaillée des phénomènes physiques se déroulant dans la chambre. Les données recueillies aident au développement des nouvelles stratégies de combustion telles que la combustion homogène (HCCI) et la combustion Diesel à basse température (LTC). Dans ce contexte, il est important de s'assurer que le fonctionnement des moteurs transparents est tout à fait comparable et représentatif de celui des moteurs standards (opaques). Une comparaison du comportement de la combustion et des émissions des moteurs transparents et opaques a été réalisée. L'objectif était d'étudier les différences principales entre le moteur transparent et le moteur opaque et de comprendre comment ces différences peuvent influencer les phases de préparation du mélange, la combustion et la formation de polluants. Les résultats expérimentaux révèlent l'influence significative des différences liées à la température des parois de la chambre de combustion. Des mesures de la température des parois ont été effectuées par la technique de phosphorescence induite par laser. Ces mesures ont permis de définir des stratégies de fonctionnement moteur permettant de compenser les différences de température de paroi entre les deux moteurs. En outre, l'impact des différences géométriques des chambres a été investiguée. La réhausse piston peut subir soit un chargement mécanique dynamique (effets de compression ou de traction) soit une expansion thermique. Ces effets peuvent faire varier le taux de compression effectif. La charge admise dans les moteurs transparents est souvent diluée par de l'EGR simulé au lieu d'utiliser l'EGR réel. Dans les conditions de Diesel LTC, une comparaison a été effectuée entre l'utilisation d'EGR réel et d'EGR simulé par un gaz diluant pur. Enfin, les carburants mono-composants (carburants purs) sont souvent utilisés dans les moteurs Diesel transparents en raison des contraintes imposées par l'utilisation de techniques de diagnostics optiques. Cependant, les carburants purs diffèrent quelque peu des carburants Diesel réels, en particulier au travers de leur indice de cétane et de leur volatilité. Ces différences peuvent influencer fortement le comportement de la combustion et des émissions dans les moteurs transparents. Ces aspects ont été également traités dans cette étude. Une meilleure compréhension des différences de comportement entre les moteurs monocylindres transparents et moteurs standards (opaques) a pe...

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“…phosphorescence decay is longer than the PM collection time (i.e., rotation timescale c ), it will clearly induce a bias, by reducing the fitting window (Tobin et al 1990). Thus, one must ensure that the phosphorescence decay time P = ln(10) ( being the phosphorescence lifetime) is much smaller than the rotation timescale c to prevent any information losses.…”

Section: Distortion Function Determinationmentioning

confidence: 99%

“…However, the rotating flame holder raises some questions on the data analysis: the classical point-wise laser excitation is likely to fail if the displacement of the moving target during the phosphorescence decay is larger than the typical size of the illuminated area. Several studies on moving surfaces have been reported, and the classical strategy consists in using phosphors with fast decay lifetimes (Mannick et al 1987;Allison et al 1988;Tobin et al 1990;Alden et al 2011). Thus, the object can be considered as a quasi-static object during the collection process.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Phosphor thermometry on a rotating flame holder for combustion applications

et al. 2018

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OATAO is an open access repository that collects the work of Toulouse researchers and makes it freely available over the web where possible. This is an author-deposited version published in : http://oatao. AbstractThis study presents a method to measure wall temperatures of a rotating flame holder, which could be used as a combustion control device. Laser-induced phosphorescence is found to be a reliable technique to gather such experimental data. The paper first investigates how the coating (thickness, emissivity and lifetime) influence the flame stabilization. While the low thermal conductivity of the coating is estimated to induce a temperature difference of only 0.08-0.4 K, the emissivity increases by 40% . Nevertheless, the transient and steady-state flame locations are not affected. Second, because temperature measurements on the rotating cylinder are likely to fail due the long phosphor lifetimes, we modify the classical point-wise arrangement. We propose to illuminate a larger area, and to correct the signal with a distortion function that accounts for the displacement of the target. An analytical distortion function is derived and compared to measured ones. It shows that the range of measurements is limited by the signal extinction and the rapid distortion function decay. A diagram summarizes the range of operating conditions where measurements are valid. Finally, these experimental data are used to validate direct numerical simulations. Cylinder temperature variations within the precision of these measurements are shown not to influence the flame location, but larger deviations highlight different trends for the two asymmetric flame branches.

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High-temperature phosphor thermometry of rotating turbine blades

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Correcting lateral heat conduction effect in image-based heat flux measurements as an inverse problem

Correcting lateral heat conduction effect in image-based heat flux measurements as an inverse problem

Optical Engines as Representative Tools in the Development of New Combustion Engine Concepts

Phosphor thermometry on a rotating flame holder for combustion applications

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