Name: Messungen der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung in einem Rohr - Einzel- und zwei-Phasen-Strömung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: Erfahren Sie eine Thermografie-Methode zur Messung lokaler konvektiver Wärmeübergangskoeffizienten in Ein- und Zweiphasenströmungen. Diese nicht-invasive Technik erfasst schnelle Temperaturänderungen an der Rohrwand.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde unterstützt von der Israel Science Foundation Grant # 281/14.

1. Messstrecke für Messungen der momentanen Temperatur
<ol><li>Herstellungsprozess der Messstrecke (Abbildung 2( )
	<ol>
<li>Schneiden Sie ein Segment eines Rohr mindestens 70 cm lang. Hinweis: Der Durchmesser und Wandstärke der Messstrecke sollte identisch mit dem des Rohres in der Versuchsanlage verwendet werden.</li>
		<li>Verwenden einer Fräsmaschine, um 4 angrenzende schmalere Fenstern entlang des Rohres in der Messstrecke zu schneiden, jedes Fenster ist 6 mm breit und 80 mm lang, mit einem 25-mm-Abstand zwischen aufeinander folgenden Fenstern.</li>
		<li>Schneiden Sie von 12 µm dünnen Edelstahl-Folie 40-60 Cmlong und 12 mm breite Streifen. Hinweis: Die Folie wird verwendet werden, um die Fenster in das Prüfrohr zu versiegeln. Der rostfreie Stahl sollten mit zwei goldenen Streifen beschichtet werden, die einen kleinen Abstand von den Enden der Folie zu markieren und zu Schweißen der Versorgungsleitung abgesichert, erwärmen die Folie, siehe Abbildung 2verwendet werden sollen.</li>
		<li>Messen Sie die Folie elektrischen Widerstand mit einem Ohmmeter.</li>
		<li>Legen Sie die Folie innerhalb des Rohres nach den unten beschriebenen Schritten.<ol>
<li>Schaffen Sie eine Basis für das Einfügen der Folie in die Messstrecke aus einem starren Rohr mit einem Außendurchmesser gleich derjenigen der Rohr-Innendurchmesser Test gemacht. Zu diesem Zweck zu schneiden, eine 20 mm breit und ca. 80 cm lange Teil der Rohrwand</li>
			<li>Bestreichen Sie die Basis mit Fett, bevor man die Folie auf, trennen die Basis aus der Folie zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen.</li>
			<li>Legen Sie die Folie auf der Grundlage und glattstreichen. Ein Tuch mit Alkohol nehmen und die Folie von irgendein überschüssiges Fett zu reinigen.</li>
			<li>Tragen Sie den Kleber auf der Folie-Peripherie und auf die drei Segmente der Folie, die Lage der Brücken zwischen den aufeinander folgenden Fenstern entspricht. Hinweis: Der Leim hat stark mit einer anfänglichen erhärtungsdauer von mindestens 20 Minuten sein, um ausreichend Zeit für die Folie-Anlage-Prozess zu gewährleisten; Epoxy DP 460 dient.</li>
			<li>Legen Sie die Basis mit der Folie in die Messstrecke mit der Folie nach oben in Richtung Fenster. Hinweis: Dieser Prozess sollte von zwei Personen durchgeführt werden.</li>
			<li>Sicherstellen Sie, dass die Folie wird mit dem Windows ausgerichtet, die goldenen Streifen sollte am Rand der beiden externen Fenster. Sobald die Folie richtig platziert und die Fenster deckt, verlinken Sie die Grundlage das Prüfrohr an jedem Ende mit einer Klammer.</li>
			<li>Sorgfältig legen Sie ein gefaltetes Fahrradreifen inneren in das Rohr unter der Basis, Schmieren Sie den Reifen, wenn nötig. Pumpen Sie die Reifen. Während die Inflation beobachten Sie den Kleber auf der Folie verteilen und die Basis zu erreichen. Hinweis: Der Druck durch den aufgeblasenen Reifen sollte garantieren, dass der Kleber der Folie und der Rohr-Innenwand binden. Auch werden die Folie an die Krümmung des Rohres zu gestalten und reduziert mögliche Störungen der Strömung durch die Folie oder der Kleber.</li>
			<li>Deaktivieren Sie mit einem Tuch alle überschüssigen Klebstoff, der die Fensteröffnungen erreicht hat.</li>
			<li>Den Kleber trocknen lassen für 24 h Deflate Reifen, entpacken Sie es und öffnen Sie die Klemmen.</li>
			<li>Trennen Sie die Basis von Folie und Rohr in den folgenden Schritten:<ol>
<li>Berühren Sie sanft jedes Ende der Basis zu fühlen, welche Ende ist einfacher zu trennen, und beginnen deshalb trennen.</li>
				<li>Verwenden Sie eine lange Walze oder einem ähnlichen Gegenstand, trennen die ursprüngliche Grundlage allmählich, langsam in das Rohr zu bewegen, bis die gesamte Basis verbunden ist und die Folie sicher unbeschädigt auf dem Rohr bleibt. Hinweis: Dieser Prozess sollte sorgfältig durchgeführt werden, um das Siegel zu schützen; Wenn die Dichtung ist ein neues ruiniert sollte Hitze Transfereinheit Test Rohr gemacht werden.</li>
				<li>Überprüfen Sie, dass das Rohr dicht ist, schließen ein Ende des Rohres und das Rohr mit Wasser zu füllen.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>Reinigen Sie das überschüssige Fett von der Innenseite des Rohres mit Wasser und Seife.</li>
		<li>Verbinden Sie die elektrischen Heizdrähten durch Schweißen zu den goldenen Streifen auf der Folie. Hinweis: Um die Folie an diesen Stellen zu schützen, wird empfohlen, zunächst einen kleine Cooper-Chip an der Folie verknüpfen und dann den Draht zu Schweißen.</li>
		<li>Verbinden Sie mit einem thermischen Klebstoff ein T-Typ Thermoelement am unteren Rand jedes Fenster. Diese Thermoelemente werden später bei der IR-Kamera-Kalibrierung verwendet werden. Hinweis: Die Temperaturwerte von Thermoelemente sind aufgenommen und über einen PC mit einem A/D-Wandler.</li>
		<li>Sprühfarbe der äußeren Seite der Folie mit einem schwarzen Matten Spray um den Emissionsgrad zu maximieren.</li>
	</ol></li>
	<li>Anwenden von Wärmestrom, Folie
	<ol>
<li>Die Elektroheizung Drähte von der Kante der Folie auf ein DC-Netzteil anschließen.</li>
		<li>Setzen Sie den elektrischen Strom, so dass die Folie eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Hinweis: Erreichen Sie eine Temperatur, die das Rohr beeinträchtigen könnten nicht. Für Plexiglas ist die Grenze ca. 45 ° C. Achten Sie aber darauf, die Folie genug um sicherzustellen, dass die Folie Temperatur wenigstens ein paar Grad über der Wassertemperatur Zulauf, auch während der Kühlung Staat aufgrund der vorübergehenden Veränderungen erwartet, in den Fluss bleibt zu heizen.</li>
		<li>Berechnen der Wärmestrom angewendet Q = I2R wo I ist der Strom angewendet und R ist die Folie elektrischen Widerstand. Hinweis: Die Wärmeübertragung vom äußeren Folienseite, das offen an der Luft ist vernachlässigbar im Vergleich zu den Wärmeübergang zum Wasser im inneren Rohr2.</li>
		<li>Verbinden Sie einen PC steuerbaren elektrischen Schalter mit einem der Hitze Flussmittel Drähte um die Hitze Flussmittel impulsive Initiierung und Herunterfahren zu kontrollieren.</li>
	</ol></li>
	<li>IR-Kamera Hinweis: detaillierte Einzelheiten der IR Kamera im Labor in Ferhstman3,4ersichtlich. Die Kamera ist mit einem PC verbunden und von einem Computer gesteuert.<ol>
<li>Wenn möglich, schließen Sie die IR-Kamera auf einen Satz von Schienen ermöglichen dreidimensionale Bewegung der Kamera, leicht in verschiedenen Positionen entlang der Messstrecke zu stellen.</li>
		<li>Schalten Sie die IR-Kamera ein paar Minuten vor der Durchführung von Messungen, die internen Sensoren nehmen Sie sich Zeit auf die gewünschte Temperatur abkühlen lassen.</li>
		<li>Legen Sie die IR-Kamera ein paar Zentimeter von der Oberfläche innerhalb der Brennweite der Kamera, um die Fokussierung zu ermöglichen. Hinweis: Je nach Kameraauflösung sicher sein, dass die gemessenen Fläche nicht kleiner als ein einzelnes Pixel. Es empfiehlt sich, die Fläche gemessen bestehend aus einer Anzahl von Pixeln haben.</li>
		<li>Fokus der IR-Kamera setzen.</li>
		<li>IR-Kamera-Kalibrierung:<ol>
<li>Gelten Sie Wärmestrom, wie in 1.2 und warten bis ein thermische Steady-State, d.h. erreicht ist wenn die Thermoelemente auf die Folie aufzeichnen Konstante Temperatur platziert. Messen Sie die Umgebungstemperatur in der Nähe der Versuchsanlage mit einem Thermoelement. Hinweis: Diese Temperatur wird als der reflektierten Temperatur der Oberfläche verwendet werden. Dieser Parameter ist für einen hohen Wert der Oberfläche Emissionsgrad fast zu vernachlässigen.</li>
			<li>Geben Sie die Umgebungstemperatur als die IR-Kamera-Parameter der reflektierten Temperatur.</li>
			<li>Vergleichen Sie für jedes Fenster in der Folie die Temperatur von der IR-Kamera an die Aufnahme des thermoelementes dieses Fensters aufgezeichnet. Die Temperaturaufzeichnung der IR-Kamera ist gleich der Temperatur aufgezeichnet durch das Thermoelement Emissionsgrad Eigentum der IR-Kamera justiert. Hinweis: Dies kann für mehrere Hitze Flussmittel Werte; Allerdings ist der Emissionsgrad nicht empfindlich bei relativ niedrigen Temperaturbereich. In der experimentellen Aufnahmen war der durchschnittliche Wert der Emissionsgrad 0,98.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. Messungen von Taylor Bubble translatorische Geschwindigkeit und seine Länge
<ol><li>
Optischen Sonde Hinweis: die optischen Sonde enthält eine Laser-Lichtquelle und einer Photodiode. Wenn der gesamte Querschnitt des Rohres Wasser enthält, wird der Laserstrahl auf die Fotodiode, wodurch der Kreislauf geschlossen werden darauf hingewiesen. Trifft der Laserstrahl auf die Luftblase, ist von der Photodiode stieß und öffnet den Stromkreis. So wird ein binäres Signal erhalten, angeben, ob die optische Sonde vor eine Luftblase oder eine flüssige Schnecke ist.<ol>
<li>Um den Sensor der A/D-Karte verbinden, erstellen Sie die folgende Schaltung (Abbildung 3).</li>
		<li>Schalten Sie den Laser, richten Sie sie an der Diode. Überprüfen Sie den digitalen Eingang der Schaltung A/D-Software. Wenn der Laser Diode trifft, dann ist der Stromkreis geschlossen und ein positives Signal erscheinen soll. Hinweis: Stellen Sie sicher, dass die Diode empfindlich auf die Ausgabe der Wellenlänge des Lasers. Die optischen Sensoren Daten mit einer Rate von 1 kHz erfasst.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Versuchsdurchführung
<ol><li>Die Versuchsanlage die Messstrecke von Flanschen oder Rohr Datensätze herstellen.</li>
	<li>Die elektrischen Heizdrähten an der Stromquelle und die Thermoelemente, computergesteuerten Temperatur-Recorder anschließen.</li>
	<li>Die IR-Kamera vor der Messstrecke an der gewünschten Stelle zu platzieren.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die Kamera auf der Folie ausgerichtet ist; Dies ist einfacher mit den Wärmestrom auf zu tun.</li>
	<li>Gelten Sie Wärmestrom (1.2), und führen Sie die IR-Kamera-Kalibrierung (1.3.5).</li>
	<li>Legen Sie die zwei optische Sonden entlang das Prüfrohr Hinweis: Wenn möglich, legen Sie einen optischen Sensor an der Position des IR-Kamera; Dies ermöglicht Synchronisation zwischen die Temperaturmessung und die Lage der Blase, da die Blase nicht für die IR-Kamera sichtbar ist. Falls dies nicht möglich ist, achten Sie darauf, die Ergebnisse rechtzeitig entsprechend verschieben, die Blase-Geschwindigkeit und die Distanz zwischen der IR-Kamera und die optischen Sonde.<ol>
<li>Überprüfen Sie, dass der Laserstrahl in der Tat die Diode trifft und einen positiven Wert ergibt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schalten Sie die Pumpe und legen Sie die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit. Gelten Sie Wärmestrom durch die Anpassung des Stroms des Netzteils.</li>
	<li>Warten Sie, bis eine Steady-State-Temperatur erreicht ist. Führen Sie das Computerprogramm die Wandtemperatur der einphasigen rohrströmung aufzeichnen. Hinweis: Um die Wirkung der Taylor-Blase auf den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten zu isolieren, ist es wichtig, Messen Sie zuerst den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten in einphasigen Strom auf eine identische Flow Rate und Wärme Flussmittel wie in der zwei-Phasen-Experimente. Es empfiehlt sich, diese vor jeder einzelnen Veranstaltung durchführen.</li>
	<li>Führen Sie das Computerprogramm regelt, dass die Blase-Injektion. Hinweis: Dieses Programm sollte zuerst injizieren eine einzelne Taylor Blase und dann gleichzeitig messen die Wandtemperatur mit der IR-Kamera und aufzeichnen die binäre Signale der beiden optischen Sonden. Diese beiden Maße sollten synchronisiert werden, um zusätzliche Zeitverschiebungen zwischen den Aufnahmen zu vermeiden.</li>
	<li>Zwischen den Läufen setzen Sie ausreichende zeitliche Verzögerung um sicherzustellen, dass das System zurück zu den ursprünglichen Bedingungen, d.h. kehrt die Wandtemperatur auf den Anfangswert der einphasigen Steady State. Hinweis: Es ist möglich, dass die Wandtemperatur der einphasigen stationäre Strömung in Fällen steigen wo eine hohe Wärmestromdichte kontinuierlich leuchtet. Dies sollte vermieden werden, indem Sie schließen den Wärmestrom und eine Pause in den Experimenten.</li>
</ol>4. Datenverarbeitung
<ol><li>Der Wärmeübergangskoeffizient für einphasige Steady-State-Bedingungen basierend auf GL. 1 zu berechnen. Hinweis: Dieser Koeffizient ist unabhängig von der Zeit. Es wird als Normalisierung Faktor in der Folge verwendet werden.<ol>
<li>Für jedes einzelnes Ereignis aufgezeichnet unter gegebenen Bedingungen, die Taylor Bläschen Länge berechnen und translatorische Geschwindigkeit durch Teilung der Abstand zwischen den optischen Sonden, L, durch die Periode Zeitintervall der Tipp Ankunft Zeit, jeder optischen Sensor:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> , wo tL1 und tL2 die Zeiten der Blase Tipp Ankunft an der unteren und oberen optische Sensoren, beziehungsweise sind.</li>
		<li>Verwenden Sie die Taylor Blase translatorische Geschwindigkeit die Blase Länge berechnet durch Multiplikation mit der Dauer der Unterbrechung eines optischen Sonden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Berechnung der momentane lokale Wärmeübergangskoeffizient für zwei--Strömung Phasen sollte wie folgt durchgeführt werden: Hinweis: Obwohl der gesamte experimentellen Prozess automatisiert ist, bleiben die Länge und die translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen nicht genau konstant bei jeder einzelne Versuch. Daher variiert der Augenblick, an dem die Blase die Messstelle erreicht. Die optische Sonden und die IR-Kamera haben anderen Frame Preise, 1000 und 30 Hz bzw..<ol>
<li>Mit Hilfe der optischen Sonde befindet sich in der Nähe der IR-Kamera, Aufzeichnung der Augenblick der Blase Tipp Ankunft.</li>
		<li>Dieser Trigger-Signal liefert den Zeitbezug für die IR-Kamera-Aufnahme. Hinweis: Ensemble durchschnittlicher Prozess ist erforderlich, um zu erhalten die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten als Funktion des Abstandes von der Blase unten an der Messstelle, Z, wo Z= 0 entspricht dem unteren Blase. Diese Parameter sollten durch den Rohrdurchmesser Dnormalisiert werden.</li>
		<li>Legen Sie eine Auflösung für Z/D. Alle aufgezeichneten Datenwerte für jedes einzelne Ereignis (entsprechend identischen Bedingungen) liegen im Bereich von vorgeschriebenen Ortsauflösung und gemittelt werden sollte, um einen einzigen repräsentativen Wert die Wandtemperatur in dieser Entfernung von der Blase zu erhalten unten. Hinweis: Diese räumliche Auflösung sollte basierend auf der Aufnahmefrequenz von der IR-Kamera und die translatorische Geschwindigkeit der Taylor-Blase entschieden werden. In dieser Studie wurde es zwischen 0,15-0,3 übernommen.</li>
		<li>Der Wärmeübergangskoeffizient in Abhängigkeit von der Entfernung der Blase Tipp/Unterseite mit GL. 1 zu berechnen.</li>
		<li>Der zwei-Phasen-lokale momentane Wärmeübergangskoeffizient durch den einphasigen konstanten Koeffizienten zu normalisieren. Hinweis: Dieses Verhältnis entspricht einer Verbesserung in Konvektionswärme Übertragungsrate durch die Blase Passage im Vergleich zum einphasigen Strom.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Hetsroni, G., Rozenblit, R., Yarin, L. P. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/7/10/012">A hot-foil infrared technique for studying the temperature field of a wall.</a> Meas. Sci. Tech. 7, 1418(1996).</li>
<li>Babin, V. <a target="_blank" href="NULL">Experimental investigation of the local heat transfer in gas-liquid slug flow</a>. , Tel-Aviv university. Israel. Ph.D. dissertation (2015).</li>
<li>Babin, V., Shemer, L., Barnea, D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931015005979">Local instantaneous heat transfer around a raising single Taylor bubble.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 89 (9), 884-893 (2015).</li>
<li>Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931015309777">Instantaneous heat transfer rate around consecutive Taylor bubbles.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 865-873 (2016).</li>
<li>Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931017302247">Transient convective heat transfer in a pipe due to impulsively initiated downward flow and/or heat flux.</a> Int. J. Heat Mass Transf. 111, 1181-1191 (2017).</li>
<li>Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. <a target="_blank" href="https://elibrary.ru/item.asp?id=45140">Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part I: Horizontal Tube.</a> Int. J. Multiphase Flow. 24, 165(1998).</li>
<li>Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932297000566">Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part II: Upward Inclined Tube.</a> Int. J. Multiphase Flow. 24, 188(1998).</li>
<li>Hetsroni, G., Mewes, D., Enke, C., Gurevich, M., Mosyak, A., Rozenblit, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932202001325">Heat transfer to two-phase flow in inclined tubes.</a> Int. J. Multiphase Flow. 29, 173-194 (2003).</li>
<li>Ghajar, A. J., Tang, C. C. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01457630701193906">Heat Transfer Measurements, Flow pattern maps and flow visualization for non-boiling two-phase flow in horizontal and slightly inclined pipe.</a> Heat Transfer Eng. 28, 525(2007).</li>
<li>Franca, F. A., Banneart, A. C., Camargo, R. M. T., Goncalves, M. A. L. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01457630802241091">Mechanistic modelling of the convective heat transfer coefficient in gas-liquid intermittent flows.</a> Heat Transfer Eng. 29, 984-998 (2008).</li>
<li>Kim, D., Ghajar, A. J., Dougherty, R. L., Ryali, V. K. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/014576399271691">Comparison of 20 two phase heat transfer correlations with seven Sets of experimental data, including flow pattern and tube inclination effects.</a> Heat Transfer Eng. 20, 15(1999).</li>
<li>Nicklin, D. J., Wilkes, J. O., Davidson, J. F. Two-phase flow in vertical tubes. Trans. Inst. Chem. Eng. 40, 61(1962).</li>
<li>Donnelly, B., O'Reilly Meehan, R., Nolan, K., Murray, D. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931015008510">The dynamics of sliding air bubbles and the effects on surface heat transfer.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 91, 532-542 (2015).</li>
<li>Liu, T., Pan, C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135943111501131X">Infrared thermography measurement of two-phase boiling flow heat transfer in a microchannel.</a> Applied thermal engineering. 94, 568-578 (2016).</li>
<li>Dumitrescu, D. T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/zamm.19430230303/abstract">Stromung an einer Luftblase im senkrechten Rohr.</a> Z. Ang. Math. Mech. 23, 139(1943).</li>
<li>Davies, R. M., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/200/1062/375">The mechanics of large bubbles rising through extended liquids and trough liquid in tubes.</a> Proc. R. Soc. London, Ser. A. 200, 375(1949).</li>
</ol>

Experimentelle Untersuchung der lokalen Wärmeübertragung in transiente rohrströmung ist eine komplizierte Aufgabe, die High-End-Messgeräte und Methoden sowie eine maßgeschneiderte Versuchsanlage insbesondere erfordert eine speziell entwickelte Testabschnitt. Dieses Protokoll zeigt eine Thermographie-Technik, die schnelle zeitliche Veränderungen Wandtemperatur und Wärmeübertragungsrate aufgrund von Schwankungen im Fluss Hydrodynamik treu zu messen vermag.
Eine detaillierte Beschreibung des Hers...

In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche experimentelle Studien der konvektive Wärmeübertragung, mit verschiedenen Techniken, um die Wand bzw. die Temperatur der Flüssigkeit in einer Vielzahl von Fluss-Konfigurationen, Messen durchgeführt. Einer der Faktoren, die die Genauigkeit der Temperaturmessung im instationären Prozesse begrenzt ist die langsame Reaktion der Sensoren. Um lokale momentane Wandtemperatur zu erfassen, muss die Messgeräte schnell genug reagieren, während die Oberfläche die Temperaturerfassung im thermischen Gleichgewicht mit der zeitabhängigen Strömung muss. Die thermische Trägheit der Oberfläche muss also klein genug sein. Die relevanten Zeitskalen richten sich nach der hydrodynamischen Phänomene, die die Änderung in die konvektive Wärmeübertragung führen. Schnelle Reaktionszeit ist somit entscheidend für die Aufnahme der zeitabhängigen Temperatur in Transiente Strömung.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, dient eine IR-Kamera, eine spezielle eigengefertigte Messstrecke aufzuzeichnen, die eine schnelle Temperatur-Antwort auf jede Änderung in den Fluss ermöglicht. Ein Teil der Rohrwand wird abgeschnitten und durch eine dünne Folie aus rostfreiem Stahl ersetzt. Ein ähnlicher Ansatz wurde von Hetsroni Et Al. verwendet. 1, die Folie, die sie benutzten war jedoch zu dick, um Änderungen der momentanen Temperaturen Messen und nur Zeit im Durchschnitt Temperaturen wurden vorgestellt. Verringerung der Dicke der Folie verbessert das Zeitverhalten erheblich. 2 dieses Verfahren wurde im Labor, um konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten Zweiphasenströmung3,4 und Transienten Phänomene in einphasigen Rohr fließen5messen.
Ein schematischer Aufbau der Zweiphasenströmung Anlage in Abbildung 1angegeben wird, zusätzliche Informationen über das einzigartige Air Inlet Gerät Babin Et Al. finden Sie im 3
Untersuchung der konvektive Wärmeübertragung in zwei-Phasen-Strömung ist sehr komplex aufgrund der vorübergehenden Fließverhalten und die Wirkung der nichtig Bruch in den Rohrquerschnitt. Daher haben viele Studien nur eine durchschnittliche konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten für einen gegebenen Strömungsregime in Abhängigkeit von bestimmten Strömung Bedingungen6,7,8,9,10 vorgestellt , 11. jedoch die Papiere von Donnelly Et Al. 12 und Liu Et al. 13 stellen Beispiele für zwei-Phasen-lokale Konvektionswärme Übertragung Studien dar.
Die vorliegende Studie befasst sich mit Hitze-Transfer Messungen um eine einzelne längliche (Taylor) Blase injiziert stagniert oder Flüssigkeit in einem Rohr fließt. Die Taylor-Blase breitet sich in einer Konstanten translatorische Geschwindigkeit14,15,16. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Blase wird bestimmt mit optischen Sonden Methode bestehend aus Laser-Lichtquelle und Fotodiode3,4.
Die Kombination von der IR-Kamera und der optische Sonden erlaubt Messungen von der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung als Funktion des Abstandes vom Taylor Blase oben oder unten.
Die momentane Wandtemperatur kann verwendet werden, um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten, hund die Nusselt-Zahl zu berechnen:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
wo q ist der Wärmestrom an der Folie, Tw und T∞ sind die Wandtemperatur und die Eintrittstemperatur Wasser bzw. k ist die flüssige Leitfähigkeit und D ist der Durchmesser des Rohres. Die Massentemperatur, das allgemein verwendet ist, um festzustellen, die Wärmedurchgangskoeffizienten wurde nicht gemessen, um vermeiden Störungen auf den Fluss.

<table><tbody><tr><td>Infrarotkamera</td><td>Optris</td><td>PI-1450</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente A/D-Karte&nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9714.</td><td></td></tr><tr><td>Labview-Programm</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Epoxy DP-460</td><td>3M Scotch-weld</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

messungen der lokalen momentane konvektive wärmeübertragung in einem rohr - einzel- und zwei-phasen-strömung

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

Diese Handschrift enthält Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Herstellungsprozesses einer Messstrecke entwickelt, um der lokalen momentane Wärmeübergangskoeffizient als Funktion der flüssigen Durchflussmenge in einem transparenten Rohr zu messen. Mit einigen Änderungen erstreckt sich der Ansatz auf Gas-Flüssigkeit fließt, mit Schwerpunkt auf die Wirkung von einem einzigen länglichen (Taylor) Luftblase auf Hitze-Transfer-Erweiterung. Eine nicht-invasive Thermographie-Technik wird angewendet, um die momentane Temperaturmessung aus einer dünnen Metallfolie, elektrisch beheizt. Die Folie wird geklebt, um einen schmalen Schlitz in das Rohr geschnitten zu decken. Die thermische Trägheit der Folie ist klein genug, um die Variation in die momentane Folie Temperatur zu erkennen. Im Testabschnitt entlang des Rohres bewegt werden kann und ist lang genug, um einen beträchtlichen Teil der wachsenden thermische Grenzschicht zu decken.
Am Anfang jeder einzelne Versuch eine Steady-State mit einem konstanten Wasser Flow Rate und Hitze Flussmittel auf die Folie erreicht und dient als Referenz. Die Taylor-Blase wird dann in das Rohr injiziert. Die Hitze Übertragung Koeffizient Variationen durch Zeitablauf eine Taylor-Blase Vermehrung in ein senkrechtes Rohr wird als Funktion des Abstandes von der Mess-Stelle von der Unterseite der beweglichen Taylor Blase gemessen. Somit stellen die Ergebnisse der örtlichen Wärmedurchgangskoeffizienten. Mehrere unabhängige Durchläufe vorgeformt unter identischen Bedingungen erlauben anfallende ausreichende Daten zuverlässig Ensemble gemittelte Ergebnisse auf die transiente konvektive Wärmeübertragung berechnen. Um dies in einem Bezugssystem bewegt sich mit der Blase durchzuführen, muss die Lage der Blase entlang des Rohres zu allen Zeiten bekannt sein. Detaillierte Beschreibung der Messung der Länge und der translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen durch optische Sonden wird vorgestellt.

Ein Beispiel für die optischen Sensoren Ausgabe Datensätze ist in Abbildung 4 für eine einzelne Taylor Blase steigt in ein senkrechtes Rohr mit stehendem Wasser gefüllt dargestellt. Die ersten große Tropfen steht für die Eröffnung der Strecke durch die Taylor-Blase-Spitze, während der späteren viel kürzere Tropfen nach dem Anstieg auf den ursprünglichen Wert aufgrund des Durchgangs der länglichen Bläschen Rute, repräsentieren die dispergierten Luftblasen im f...

Dieses Manuskript beschreibt Methoden zur Messung der lokalen momentane konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten in einem ein- oder zweistufigen rohrströmung. Eine einfache optische Methode zur Bestimmung der Länge und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer länglichen (Taylor)-Luftblase, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird ebenfalls dargestellt.

Messungen der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung in einem Rohr - Einzel- und zwei-Phasen-Strömung

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Verfahrens ist es, eine Thermografietechnik vorzustellen, die eine gut konzipierte Teststrecke verwendet, um die lokalen momentanen konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten in einer ein- oder zweiphasigen Rohrströmung genau zu messen. Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige offene Fragen bei der transienten konvektiven Wärmeübertragung in ein- und mehrphasigen Strömungen zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie nicht-invasiv ist und schnelle Schwankungen der Wandtemperatur messen kann, die sich aus zeitabhängigen Strömungen ergeben.Dieses Verfahren wird von Avram Balas und Yakov Levi, Technikern aus unserem Labor, vorgeführt. Beginnen Sie mit einem Rohrsegment, das 70 Zentimeter oder mehr lang ist. Sein Durchmesser und seine Wandstärke sollten mit dem Rohr der Versuchsanlage übereinstimmen.Fräsen Sie vier nebeneinander liegende schmale Fenster entlang des Rohrs. Jedes Fenster ist sechs Millimeter breit und 80 Millimeter lang. Der Abstand zwischen den Fenstern beträgt 25 Millimeter.Nehmen Sie als nächstes 12 Mikrometer dünne Edelstahlfolie und schneiden Sie einen langen, dünnen Streifen ab. Um das Schweißen der Heizdrähte zu erleichtern, wird das Band an jedem Ende des Bandes mit Gold beschichtet. Fahren Sie fort, indem Sie den elektrischen Widerstand der Folie mit einem Messgerät messen.Besorgen Sie sich nun ein starres Rohr, das in das Rohr passt. Der Außendurchmesser des Rohrs sollte dem Innendurchmesser des Rohrs entsprechen. Schneiden Sie ein langes Segment des starren Rohrs aus, um einen Bogen zu erstellen.Dieser lange Bogen, die Basis, passt in das Rohr und stützt und schützt die Folie. Um die Folie in die Testsektion zu legen, bestreichen Sie die Basis mit Fett, um die spätere Ablösung der Folie zu erleichtern. Legen Sie dann die Folie auf die Basis, um sie in die Testsektion zu übertragen.Glätten Sie die Folie und verwenden Sie ein Tuch und Alkohol, um überschüssiges Fett zu entfernen. Tragen Sie anschließend Klebstoff auf die Folienperipherie auf, damit er am Rohr haftet. Identifizieren Sie außerdem die Bereiche, die den Brücken zwischen den Fenstern am Rohr entsprechen, und tragen Sie Klebstoff auf diese auf.Wenn fertig, richten Sie die Basis so aus, dass die Folie in die gleiche Richtung wie die Fenster der Testsektion zeigt. Setzen Sie dann die Basis vorsichtig in die Testsektion ein. Stellen Sie sicher, dass die Folie mit den Fenstern ausgerichtet ist.Vergewissern Sie sich, dass sich jeder Goldstreifen an einer Kante eines Außenfensters befindet. Sobald die Folie an Ort und Stelle ist, klemmen Sie die Basis an jedes Ende des Rohrs. Besorgen Sie sich als Nächstes einen Fahrradschlauch, der so gefaltet ist, dass er in das Rohr passt.Führen Sie das Rohr vorsichtig in das Rohr unter der Basis ein. Wenn Sie fertig sind, pumpen Sie den Reifen auf. Beobachten Sie, wie sich der Klebstoff beim Aufpumpen über die Folie verteilt und die Basis erreicht.Verwenden Sie ein Tuch, um überschüssigen Klebstoff in den Fensteröffnungen zu entfernen. Nach 24 Stunden Trocknung den Reifen ablassen und herausziehen. Öffnen Sie die Klammern, die die Basis und das Rohr zusammenhalten.Testen Sie jedes Ende der Basis, um zu entscheiden, welche Seite leichter zu trennen ist. Verwenden Sie dann eine lange Rolle und beginnen Sie am leichteren Ende. Platzieren Sie die Rolle zwischen der Basis und dem Rohr und bewegen Sie sie langsam in das Rohr, bis die gesamte Basis getrennt ist.Die Folie sollte unbeschädigt auf der Rohrinnenseite verbleiben. Um die Dichtung zu testen, schließen Sie ein Ende des Rohrs. Füllen Sie dann das Rohr mit Wasser und prüfen Sie, ob es undicht ist.Fahren Sie fort, nachdem Sie die Verstopfung des Rohrs gelöst und das Innere gereinigt haben. Verbinden Sie elektrische Heizdrähte mit den goldenen Streifen auf der Folie. Schließen Sie auch Thermoelemente vom Typ T-Typ an der Unterseite jedes Fensters an.Zum Schluss sprühen Sie die Außenseite der Folie mit einem schwarzen Matt ein. Stellen Sie nun die Versuchsstrecke in die Versuchsanlage. Verbinden Sie die Rohre mit Flanschen.Bevor Sie fortfahren, füllen Sie das System mit Wasser. Fahren Sie fort, um einen Computer für die Steuerung und Datenerfassung einzurichten. Verbinden Sie dann die Heizdrähte von der Folie mit einer Gleichstromversorgung.Platzieren Sie anschließend eine computergesteuerte Infrarotkamera an einem Fenster der Teststrecke. Platzieren Sie es zur Kalibrierung einige Zentimeter von der Oberfläche der Teststrecke entfernt. Messen Sie die Umgebungstemperatur mit einem Thermoelement, das in die Nähe des Experiments gehalten wird.Fokussieren Sie anschließend die Kamera auf ein Fenster der Teststrecke, um deren Temperatur zu messen. Passen Sie den Emissionsgrad der IR-Kamera so an, dass die Kamera und die vom Thermoelement am Rohrfenster gemessene Temperatur übereinstimmen. Bereiten Sie die Kamera einzurichten und die optischen Sonden vorzubereiten.Jede Sonde besteht aus einem Laser und einer Fotodiode, die an den Datenerfassungsrechner angeschlossen werden soll. Schalten Sie den Laser ein und richten Sie den Strahl auf die Diode. Vergewissern Sie sich, dass der Computer ein positives Signal aufzeichnet.Platzieren Sie eine optische Sonde entlang des Prüfrohrs, das nun mit Wasser gefüllt ist. Der endgültige Aufbau ist in diesem Schaltplan dargestellt. Der Messbereich befindet sich zusätzlich zum regulären Setup.Der Computer steuert neben der Datenerfassung von der Kamera, Thermoelementen und optischen Sonden auch die Synchronisation der Blaseninjektion und der Wandtemperaturmessung mit der Kamera. Legen Sie nun die gewünschten Bedingungen für das Experiment fest und führen Sie eine einphasige Referenzmessung des Rohrdurchflusses durch. Injizieren Sie danach eine Taylor-Blase in das Setup, für eine zweiphasige Durchflussmessung.Dies ist ein Beispiel für den optischen Sensorausgang für eine einzelne Taylor-Blase, die in einem vertikalen Rohr aufsteigt, das mit stehendem Wasser gefüllt ist. Der anfängliche Abfall stellt die Öffnung des Sensorkreises aufgrund der Taylor-Blasenspitze dar. Der Anstieg steht für das Verschwinden der Blase.Spätere kürzere Tropfen stellen Blasen im flüssigen Nachlauf hinter der Taylor-Blase dar. Die Verzögerung der Merkmale in der unteren Kurve ist darauf zurückzuführen, dass sich die Sensoren in unterschiedlichen Positionen befinden. Dieses Diagramm stellt die durchschnittlichen Ergebnisse des lokalen konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten dar, der auf den Durchgang einer einzelnen Taylor-Blase zurückzuführen ist, die in stehendem Wasser in einem vertikalen Rohr aufsteigt.Die Ergebnisse des konvektiven Koeffizienten der Zweiphasenströmung werden durch den Einphasen-Strömungskoeffizienten normiert. Der Abstand zwischen der Bewegung des Blasenschwanzes in einem Bezugssystem mit der Taylor-Blase wird durch den Rohrdurchmesser normiert. In diesem Video wurden Messungen der lokalen momentanen Wärmeübertragung und der Butzenströmung gezeigt.Die Methode kann Informationen über die Wärmeübertragung liefern und die Einphasenströmung im Untersuchungsstadium sowie über komplexere Zweiphasenströmungen untersuchen. Einmal gemeistert, kann die Herstellung des Testrohrs in wenigen Stunden erledigt sein. Wenn Sie dieses Verfahren bei transienten Strömungen versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, den gesamten Prozess zu automatisieren, um wiederholte Ergebnisse zu gewährleisten, die später für einen Zusammenbau-Mittelungsprozess verwendet werden können.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein Wärmeübertragungstestrohr herstellt, das eine quantitative Untersuchung der konvektiven Wärmeübertragung in Rohrströmungen ermöglicht. Vergessen Sie nicht, dass diese Technik der konvektiven Wärmeübertragungsmessung auf viele Strömungskonfigurationen erweitert werden kann, wobei zusätzliche Geräte wie optische Eingabeaufforderungen und Hochgeschwindigkeitskameras verwendet werden.

measurements-local-instantaneous-convective-heat-transfer-pipe-single

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die Verwendung von Mikro-Thermoelementen zur Abschätzung lokaler Temperaturgradienten in stationären laminaren Grenzschichtdiffusionsflammen. Durch die Erweiterung der Reynolds-Analogie können lokale Temperaturgradienten weiter verwendet werden, um die lokalen Massenbrennraten und Wärmeflüsse in solchen Flammen mit hoher Genauigkeit abzuschätzen.

Experimentelle Methoden zur Schätzung der lokalen Wärmeströme und Verbrennungsraten in Steady laminaren Grenzschicht Diffusion Flames

Pool siedenden Wärmeübertragungs Experimente wurden durchgeführt, um die Auswirkungen von Hybrid-Spritzmuster auf dem Wärmeübertragungskoeffizienten (HTC) zu beobachten. Die Parameter der Untersuchung sind die Anzahl der Zwischenzeilen und die Musterausrichtung der modifizierten benetzbare Oberfläche.

Pool-Boiling Wärmeübertragung Enhancement auf zylindrischen Oberflächen mit Hybrid Benetzbare Patterns

Hier präsentieren wir Ihnen eine experimentelle Methode zur Entkopplung von voneinander abhängigen Corioliskraft und rotierende auftriebseffekte auf Vollfeld Hitze-Transfer-Distributionen eines rotierenden Kanals.

Abkoppeln Corioliskraft und rotierenden Auftrieb Auswirkungen auf Vollfeld Heat Transfer Eigenschaften eines rotierenden Kanals

Eine Technik entwickelt, die Ni / Au Kontaktmetallschichten entfernt von ihrem Substrat für die Untersuchung und Charakterisierung der Kontakt / Substrat-und Kontakt / NW-Schnittstellen der einzelnen GaN-Nanodraht-Geräten zu ermöglichen.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Schlüsselschritte der Proteinfunktion, insbesondere Änderungen der Stützknochenkonformation und Protonentransferreaktionen, finden oft auf der Zeitskala von Mikrosekunden bis Millisekunden statt. Diese dynamischen Prozesse können mit der zeitaufgelösten Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie untersucht werden, insbesondere für Proteine, deren Funktion durch Licht ausgelöst wird.

Protonen-Transfer und Protein-Zustände Dynamics in Lichtempfindliche Proteine, die durch zeitaufgelöste Step-Scan Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie

Wir zeigen die Verwendung des Laser-induzierten Weiterleiten Transfer (LIFT) -Technik für die Flip-Chip-Montage von optoelektronischen Bauelementen. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache, kostengünstige, Tieftemperatur, schnelle und flexible Lösung zur Feinabstands Stoßen und Verbinden auf Chipmaßstab zur Erzielung hochdichten Schaltungen für optoelektronische Anwendungen.

Laser-induzierte Vorwärtstransfer für Flip-Chip-Packaging der Einzelstümpfe

Die Technik der diffusiven Gradienten in dünnen Filmen (DGT) zur Speziation von Plutonium Studien vorgeschlagen. Dieses Protokoll beschreibt Diffusionsexperimente Sondieren des Verhaltens von Pu (IV) und Pu (V) in Gegenwart von organischen Stoffen. Dgts in einer Karstquelle im Einsatz ermöglichen Einschätzung der Bioverfügbarkeit von Pu.

Speziation und Bioverfügbarkeit Messungen der Umwelt Plutonium Mit Diffusion in dünnen Schichten

Wir präsentieren ein Protokoll zur Manipulation einzelner Wirbel in dünnen supraleitenden Schichten unter Verwendung des lokalen mechanischen Kontakts. Das Verfahren umfasst nicht das Anlegen von Strom, Magnetfeld oder zusätzlichen Herstellungsschritten.

Scannen SQUID-Studie von Vortex Manipulation durch Kontakt vor Ort

Hier stellen wir ein Protokoll die Erzeugung von Eis zu zeigen, wenn Wasser in ein kaltes Bad von Salzlake eingebracht wird, als ein sekundäres Kältemittel, bei einem Bereich von Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser. Es kann zur Herstellung von Eis für die Industrie als Alternative verwendet werden.

Ice-Generation und die Wärme- und Stoffübertragung Phänomene der Einführung in Wasser zu einem Kältebad von Brine

Hier präsentieren wir Ihnen das Protokoll für in Situ Messung von Kohlenstoff im Boden mit der Neutron-Gamma-Technik für einzelne Punktmessungen (statischen Modus) oder Bereich im Durchschnitt (Scan-Modus). Wir beschreiben auch Systemaufbau und Daten Behandlungsverfahren zu erarbeiten.

Messungen von Kohlenstoff im Boden durch Neutron-Gamma-Analyse in statische und Scan-Modi

Erfahren Sie eine Thermografie-Methode zur Messung lokaler konvektiver Wärmeübergangskoeffizienten in Ein- und Zweiphasenströmungen. Diese nicht-invasive Technik erfasst schnelle Temperaturänderungen an der Rohrwand.

Messungen der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung in einem Rohr - Einzel- und zwei-Phasen-Strömung

Weitere Videos entdecken