Name: Mesures de transfert de chaleur par convection instantanée Local dans un tuyau - débit unique et en deux phases (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: Découvrez une technique de thermographie non invasive pour mesurer les coefficients de transfert thermique convectif instantané local dans des écoulements monophasiques et diphasiques en conduite. Cette méthode capture les variations rapides de température pariétale.

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Ce travail a été soutenu par le FNS Israël, subvention # 281/14.

1. Section d’essai pour le mesurage de la température instantanée
<ol><li>Processus de fabrication de la section d’essai (Figure 2)
	<ol>
<li>Couper un segment d’un tuyau au moins 70 cm de long. Remarque : Le diamètre et épaisseur de paroi de la section d’essai devrait être identique à celui du tuyau utilisé dans l’installation expérimentale.</li>
		<li>Utiliser une fraiseuse pour couper 4 fenêtres étroites adjacentes le long du tuyau dans la section d’essai, chaque fenêtre est large de 6 mm et 80 mm de long avec un écart de 25 mm entre les fenêtres consécutives.</li>
		<li>D’un 12 µm minces en acier inoxydable feuilles, couper 40-60 cmlong et 12 mm larges bandes. Remarque : Le film servira à sceller les fenêtres dans la conduite de l’essai. L’acier inoxydable doit être recouvert de deux bandes d’or qui marquent une petite distance de l’extrémité de la feuille et doivent être utilisés pour souder les fils d’alimentation pour chauffer la grille, voir la Figure 2.</li>
		<li>Mesurer la résistance électrique de la feuille à l’aide d’un ohmmètre.</li>
		<li>Placer la feuille dans la tuyauterie en suivant les étapes décrites ci-dessous.<ol>
<li>Créer une base pour l’insertion de la feuille dans la section du fait d’un tube rigide avec un diamètre extérieur égal à celui du diamètre intérieur du tuyau de test. Pour ce faire, couper un 20 mm de largeur et environ 80 cm de long fait partie de la paroi du tube</li>
			<li>Enduire la base avec de la graisse avant de placer la feuille sur elle, afin de permettre la déconnexion de la base de l’emballage protecteur à un stade ultérieur.</li>
			<li>Placer la feuille sur la base et l’aplatir. Prenez un chiffon avec de l’alcool et nettoyez la grille de tout excès de graisse.</li>
			<li>Appliquer la colle sur le pourtour de la feuille et sur les trois segments de la feuille correspondant à l’emplacement des ponts entre les fenêtres consécutives. Remarque : L’adhésif doit être forte, avec une période de durcissement initial d’au moins 20 minutes afin d’assurer suffisamment de temps pour le processus d’attachement de papier d’aluminium ; époxy 460 DP est utilisé.</li>
			<li>Insérez avec précaution la base avec le papier dans la section d’essai avec la feuille vers le haut vers les fenêtres. Remarque : Ce processus devrait être effectué par deux personnes.</li>
			<li>Veiller à ce que la feuille est alignée sur les fenêtres, les rayures or devraient être au bord de ces deux fenêtres extérieures. Une fois que le papier est correctement placé et couvre les fenêtres, relier la base à la conduite de l’essai à chaque extrémité à l’aide d’une pince.</li>
			<li>Soigneusement, introduisez un pneu intérieur vélo plié dans le tuyau sous la base, graisser le pneu si nécessaire. Gonfler le pneu. Au cours de l’inflation, observer l’adhésif s’étendant sur la feuille et d’atteindre la base. Remarque : La pression appliquée par le pneu gonflé devrait garantir que l’adhésif sera relié à la paroi intérieure du tube et le clinquant. Cela aussi façonner l’emballage protecteur dans la courbure du tuyau et réduire toute interférence éventuelle à la circulation en raison de la grille ou de l’adhésif.</li>
			<li>Avec un chiffon, désactivez tout excès de colle qui a atteint les ouvertures de fenêtre.</li>
			<li>Laissez l’adhésif sécher pendant 24 h. Deflate le pneu, l’extraire et ouvrir les pinces.</li>
			<li>Débranchez la base de l’aluminium et les tuyaux dans les étapes suivantes :<ol>
<li>Touchez légèrement chaque extrémité de la base de sentir quelle extrémité est plus facile de déconnecter et de commencer à déconnecter de cette fin.</li>
				<li>Utiliser un rouleau long ou un objet similaire pour déconnecter au départ peu à peu, se déplacent lentement dans le tube jusqu'à ce que la base entière est déconnectée et le clinquant demeure intact en toute sécurité sur le tuyau. Remarque : Ce processus doit s’effectuer avec précaution afin de protéger le joint ; Si le joint est ruiné une nouvelle unité de chaleur transfert test pipe convient.</li>
				<li>Vérifiez que le tuyau est scellé en fermant une extrémité du tuyau et le tuyau de remplissage avec de l’eau.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>Nettoyer l’excès de graisse de la partie interne du tuyau avec l’eau et du savon.</li>
		<li>Connecter les câbles chauffants électriques de soudure pour les bandes dorées sur la feuille. Remarque : Afin de protéger la feuille à ces endroits, il est suggéré de lier tout d’abord une puce petite cooper sur la feuille et puis souder le fil sur elle.</li>
		<li>Avec un adhésif thermique connecter un thermocouple type T vers le bas de chaque fenêtre. Ces thermocouples servira plus tard dans le processus d’étalonnage caméra IR. Remarque : Les lectures de température depuis les thermocouples sont enregistrés et enregistrés par un PC à l’aide d’un convertisseur A/D.</li>
		<li>La peinture en aérosol le côté extérieur de la grille avec un spray noir mat afin de maximiser l’émissivité.</li>
	</ol></li>
	<li>Application de flux de chaleur aux feuilles
	<ol>
<li>Connectez les câbles chauffants électriques du bord de la feuille sur une alimentation DC.</li>
		<li>La valeur du courant pour que la feuille puisse atteindre la température souhaitée. Remarque : N’atteignent pas une température qui pourrait altérer le tuyau. Pour plexiglas, la limite est environ 45 ° C. Toutefois, n’oubliez pas de chauffer la feuille assez pour s’assurer que la température de la grille reste au moins quelques degrés au-dessus de la température de l’eau, même pendant l’état de refroidissement dû aux changements transitoires attendus dans le flux.</li>
		<li>Calculer le flux de chaleur appliquée Q = j’ai2R où I est le courant appliqué et R est la résistance électrique de la feuille. Remarque : Le transfert de chaleur par endroit de la feuille qui est ouvert à l’air est négligeable comparée à du transfert de chaleur à l’eau à l’intérieur de la conduite2.</li>
		<li>Brancher un contacteur électrique contrôlable de PC à l’un des fils du flux de chaleur afin de contrôler la chaleur flux impulsif initiation et la fermeture.</li>
	</ol></li>
	<li>Caméra IR Remarque : détaillée des spécificités de la caméra IR utilisé dans le laboratoire peuvent être vu dans Ferhstman3,4. L’appareil photo est connecté à un ordinateur et contrôlé par un ordinateur.<ol>
<li>Si possible, branchez la caméra IR à un ensemble de rails permettant un mouvement en trois dimensions de la caméra placer facilement à différentes positions le long de la section d’essai.</li>
		<li>Allumez la caméra IR quelques minutes avant d’effectuer toute mesure, les capteurs internes prennent le temps de refroidir à la température requise.</li>
		<li>Placez la caméra IR quelques centimètres de la surface sur une distance focale de la caméra pour permettre la mise au point. Remarque : Selon la résolution de la caméra n’oubliez pas que la surface mesurée n’est pas inférieure à un seul pixel. Il est préférable d’avoir la surface mesurée consistant en un nombre de pixels.</li>
		<li>Définir le focus de la caméra IR.</li>
		<li>Processus d’étalonnage de caméra IR :<ol>
<li>Appliquer le flux de chaleur comme indiqué dans 1.2 et attendre jusqu'à ce qu’un état d’équilibre thermique est atteint, c'est-à-dire une fois que les thermocouples placés sur la température constante record de papier d’aluminium. Mesurer la température ambiante dans le voisinage de l’installation expérimentale avec un thermocouple. Remarque : Cette température servira de la température réfléchie sur la surface. Pour une valeur élevée de l’émissivité de la surface, ce paramètre est presque négligeable.</li>
			<li>Entrez la température ambiante en tant que paramètre de la caméra infrarouge de la température réfléchie.</li>
			<li>Pour chaque fenêtre de la feuille, comparez la température enregistrée par la caméra IR à l’enregistrement du thermocouple de cette fenêtre. Réglez la propriété de l’émissivité de la caméra IR jusqu'à ce que l’enregistrement de la température de la caméra IR est égale à la température enregistrée par le thermocouple. Remarque : Cela peut être fait pour plusieurs valeurs de flux de chaleur ; Toutefois, l’émissivité n’est pas sensible à cette gamme de température relativement basse. Dans les enregistrements expérimentaux, la valeur moyenne d’émissivité était de 0,98.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. les mesures des Taylor bulle translationnelle vitesse et sa longueur
<ol><li>
Sonde optique Remarque : la sonde optique comprend une source de lumière laser et une photodiode. Lorsque la section entière de la pipe contient de l’eau, le faisceau laser est pointé la photodiode causant le circuit soit fermé. Lorsque le faisceau frappe la bulle d’air, il est poussé de la photodiode et ouvre le circuit. Ainsi, un signal binaire est obtenu, indiquant si la sonde optique est en face d’une bulle d’air ou d’une limace liquide.<ol>
<li>Afin de connecter le capteur à la carte A/D, construire le circuit suivant (Figure 3).</li>
		<li>Allumer l’appareil, dirigez-la vers la diode. Vérifier l’entrée numérique du circuit analogique/logiciel. Si le laser touche la diode, alors le circuit est fermé et un signal positif devrait apparaître. Remarque : Assurez-vous que la diode est sensible à la sortie de longueur d’onde du laser. Données de capteurs optiques sont enregistrées au taux de 1 kHz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. marche à suivre
<ol><li>Raccorder la partie de test de l’installation expérimentale, par brides ou enregistrements de tuyau.</li>
	<li>Connecter les fils électriques de chauffage à la source d’alimentation et les thermocouples à n’importe quel enregistreur de température informatisé.</li>
	<li>Placez la caméra IR devant la section d’essai à l’endroit désiré.</li>
	<li>Assurez-vous que la caméra se concentre sur la feuille ; C’est plus facile à faire avec le flux de chaleur sur.</li>
	<li>Appliquez le flux de chaleur (1.2) et effectuer la procédure d’étalonnage caméra IR (1.3.5).</li>
	<li>Placer les deux optiques sondes le long du tuyau de test Remarque : Si possible, placez une sonde optique à l’emplacement de la caméra IR ; Cela permettra une synchronisation entre la mesure de la température et l’emplacement de la bulle, comme la bulle n’est pas visible à la caméra IR. Si pas possible, n’oubliez pas de transférer les résultats dans le temps par conséquent à la vitesse de la bulle et la distance entre la caméra IR et la sonde optique.<ol>
<li>Vérifiez que le faisceau laser en effet frappe la diode et donne une lecture positive.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Mettre en marche la pompe à eau et régler le débit souhaité. Appliquer les flux de chaleur en ajustant le courant d’alimentation.</li>
	<li>Attendre jusqu'à ce qu’une température d’équilibre est atteint. Exécutez le programme d’ordinateur pour enregistrer la température de la paroi d’un flux de tuyau monophasé. Remarque : Afin d’isoler l’effet de la bulle de Taylor sur le coefficient de transfert de chaleur par convection, il est essentiel de mesurer tout d’abord le coefficient de transfert de chaleur par convection en monophasé débit d’un flux de chaleur et le taux de débit identique comme dans les expériences en deux phases. Il est recommandé de l’effectuer avant chaque épreuve individuelle.</li>
	<li>Exécutez le programme d’ordinateur qui régit l’injection de bulles. Remarque : Ce programme devrait tout d’abord injecter une seule bulle de Taylor et puis simultanément mesurer la température de la paroi à l’aide de la caméra IR et enregistrer les signaux binaires des deux sondes optiques. Ces deux mesures doivent être synchronisées afin d’éviter les décalages de temps supplémentaire entre les enregistrements.</li>
	<li>Entre les séries, la valeur délai suffisant pour s’assurer que le système est de retour pour les conditions initiales, c'est-à-dire la température de paroi retourne à sa valeur initiale de stabilisé monophasée. Remarque : Il est possible que la température de la paroi de l’écoulement stationnaire monophasé augmentera dans les cas où un flux de chaleur élevé est allumé en permanence. Cela devrait être évité en fermant le flux de chaleur et en prenant une pause dans les expériences.</li>
</ol>4. traitement des données
<ol><li>Calculer le coefficient de transmission thermique pour conditions stabilisées monophasées basé sur l’équation 1. Remarque : Ce coefficient est indépendant du temps. Il servira comme un facteur de normalisation dans la suite.<ol>
<li>Pour chaque épreuve individuelle enregistrée sous compte tenu des conditions, calculer la longueur de la bubbles' Taylor et sondes de vitesse de translation en divisant la distance entre l’optique, L, par l’intervalle de périodes de temps de l’arrivée de pointe de temps pour chaque capteur optique :  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> , où tL1 etL2 du tsont les heures de l’arrivée de bout de bulle pour le fond et les capteurs optiques supérieures, respectivement.</li>
		<li>Vitesse de translation de la bulle de Taylor permet de calculer la longueur de la bulle en le multipliant par la durée du circuit ouvert de l’une des sondes optiques.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Calculer le coefficient de transfert de chaleur locale instantanée pour deux phases débit devrait se faire comme suit : Remarque : Bien que l’ensemble du processus expérimental est informatisé, la longueur et la vitesse de translation des bulles Taylor ne restent pas exactement constantes à chaque course expérimentale. Par conséquent, l’instant où la bulle atteint le point de mesure varie. Les sondes optiques et la caméra IR utiliser différents tarifs, 1000 et 30 Hz respectivement.<ol>
<li>À l’aide de la sonde optique située à proximité de la caméra IR, dossier l’instant de l’arrivée de bout de bulle.</li>
		<li>Ce signal de déclenchement fournit la référence de temps pour l’enregistrement de caméra IR. Remarque : Ensemble de processus moyen est requis afin d’obtenir le coefficient de transfert de chaleur par convection en fonction de la distance entre le bas de la bulle et le point de mesure, z, où z= 0 correspond au fond de la bulle. Ce paramètre doit être normalisé par le diamètre du tuyau D.</li>
		<li>Définir une résolution pour z/D. Toutes les valeurs de données enregistrées pour chaque épreuve individuelle (correspondant à des conditions identiques) entraient dans le cadre réglementaire de la résolution spatiale et devraient être en moyenne pour obtenir une seule valeur représentative de la température du mur à cette distance de la bulle fond. Remarque : Cette résolution spatiale devrait être décidée selon la fréquence d’enregistrement de la caméra IR et sur la vitesse de translation de la bulle de Taylor. Dans cette étude, elle a été prise entre 0,15 et 0,3.</li>
		<li>Calculer le coefficient de transfert thermique en fonction de la distance de pointe/bas bulle à l’aide d’EQ. 1.</li>
		<li>Normaliser le coefficient de transfert de chaleur instantanée locale en deux phases par le coefficient constant monophasé. Remarque : Ce ratio représente une amélioration des taux de transfert de chaleur par convection due au passage de la bulle par rapport au débit monophasé.</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>

Étude expérimentale du transfert de la chaleur locale du débit tuyau transitoire est une tâche complexe qui nécessite des instruments de mesure haut de gamme et méthodes, ainsi qu’un centre expérimental de sur mesure, en particulier, une section d’essai spécialement conçus. Le présent protocole affiche une technique de thermographie qui est capable de mesurer fidèlement les changements temporels rapide en température de paroi et en taux de transfert de chaleur en raison des variations hydrodynamique de l’écoulement.
...

De nombreuses études expérimentales du transfert de chaleur par convection, à l’aide de différentes techniques pour mesurer le mur et/ou la température du fluide dans une variété de configurations d’écoulement, ont été réalisées au cours des dernières décennies. Un des facteurs qui limite la précision des mesures de température dans les processus instables est la réponse lente des capteurs. Pour enregistrer la température de paroi instantanée locaux, l’appareillage de mesure doit tenir compte assez, rapidement alors que la surface où la température est enregistrée doit être en équilibre thermique avec le flux dépendant du temps. Ainsi, l’inertie thermique de la surface doit être suffisamment faible. Les échelles de temps concernées sont déterminées par les phénomènes hydrodynamiques qui causent le changement dans le transfert de chaleur par convection. Rapide temps de réponse est donc crucial pour l’enregistrement de la température fonction du temps en écoulement transitoire.
Pour répondre à ces exigences, une caméra infrarouge est utilisée pour enregistrer une section test auto-construit spécial qui permet une réponse rapide de la température à tout changement dans le flux. Une partie de la paroi du tube est coupée et remplacée par une feuille mince d’acier inoxydable. Une approche similaire a été utilisée par Hetsroni et al. 1, toutefois, la feuille, qu'ils ont utilisé était trop épaisse pour mesurer avec précision les changements de température instantanée et moyenne temporelle seulement les températures ont été présentés. Diminution de l’épaisseur de papier d’aluminium est considérablement amélioré le temps de réponse. 2 cette méthode a été appliquée en laboratoire pour mesurer les coefficients de transfert de chaleur par convection dans l’écoulement biphasé3,4 et phénomènes transitoires en monophasé tuyau débit5.
Une présentation schématique de la facilité d’écoulement biphasé est donnée à la Figure 1, des informations supplémentaires sur le périphérique d’entrée air unique trouvera dans Babin et al. 3
Enquête de transfert de chaleur par convection dans l’écoulement biphasé est très complexe en raison de la viscosimétrie transitoire et l’effet de la fraction de vide dans la section du tuyau. Par conséquent, de nombreuses études ont présenté seulement un coefficient de transfert thermique convectif moyen pour un régime d’écoulement donnée en fonction du débit spécifique des conditions6,7,8,9,10 , 11. Toutefois, les papiers de Donnelly et al. 12 et Liu et al. 13 représentent des exemples d’études de transfert de chaleur par convection local en deux phases.
La présente étude traite des mesures de transfert de chaleur autour d’une unique bulle (Taylor) allongée injectées stagnante ou liquide dans un tuyau d’écoulement. La bulle de Taylor se propage à une vitesse de translation constante14,15,16. La vitesse de propagation de bulle est déterminée à l’aide de sondes optiques méthode consistant en une source de lumière laser et la photodiode3,4.
La combinaison de la caméra IR et des sondes optiques permet des mesures du transfert de chaleur par convection instantanée local en fonction de la distance de Taylor bulle haut ou bas.
La température instantanée de mur peut être utilisée pour calculer le coefficient de transfert de chaleur par convection, het le nombre de Nusselt :
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
où q est le flux de chaleur sur la feuille,- T,w et T∞ sont la température de la paroi et la température de l’eau, respectivement, k est la conductivité du liquide et D est le diamètre du tuyau. La température ambiante qui est couramment utilisée pour déterminer les coefficients de transfert de chaleur n’a pas été mesurée afin d’éviter l’introduction de toute ingérence à l’écoulement.

<table><tbody><tr><td>Caméra infrarouge</td><td>Optris</td><td>PI-1450</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouples A/D card&nbsp ;</td>NI <td>cDAQ-9714 de</td> <td>National Instruments</td>.<td></td></tr><tr><td>Programme Labview</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>

mesures de transfert de chaleur par convection instantanée local dans un tuyau - débit unique et en deux phases

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

Ce manuscrit décrit étape par étape le processus de fabrication d’une section de test destiné à mesurer le coefficient de transfert de chaleur instantanée locale en fonction de la vitesse d’écoulement de liquide dans un tuyau transparent. Avec certaines modifications, l’approche est étendue à des flux de gaz-liquide, avec un accent particulier sur l’effet d’une bulle d’air (Taylor) allongée seule sur l’amélioration de transfert de chaleur. Une technique non invasive de la thermographie est appliquée à la pour mesure de la température instantanée d’une mince feuille métallique chauffée électriquement. La feuille est collée pour couvrir une fente étroite coupée dans le tuyau. L’inertie thermique de l’aile est assez petit pour détecter la variation de la température instantanée de clinquant. La section d’essai peut être déplacée le long du tuyau et est assez longue pour couvrir une grande partie de la couche-limite thermique croissante.
Au début de chaque série expérimentale, un état d’équilibre avec un flux constant d’eau débit taux et de la chaleur sur la feuille est atteint et sert comme référence. La bulle de Taylor est ensuite injectée dans la tuyauterie. Les variations de coefficient de transfert de chaleur due au passage d’une bulle de Taylor se propageant dans un tuyau vertical est mesurée en fonction de la distance du point de mesure du fond de la bulle de Taylor mobile. Ainsi, les résultats représentent les coefficients de transfert de chaleur locale. Plusieurs essais indépendants préformés dans des conditions identiques laisser accumuler suffisamment de données pour le calcul des résultats fiables sur le transfert de chaleur par convection transitoire moyenne ensemble. Afin d’effectuer cela dans un cadre de référence se déplaçant avec la bulle, l’emplacement de la bulle le long du tuyau doit être connu à tout moment. Description détaillée des mesures de la longueur et de la vitesse de translation des bulles Taylor par sondes optiques est présentée.

Un exemple des capteurs optiques sortie records est présenté dans la Figure 4 pour une seule bulle de Taylor s’élevant dans un tuyau vertical rempli d’eau stagnante. La chute vertigineuse des initiale représente l’ouverture du circuit en raison de la pointe de bulle de Taylor, tandis que le dernier en date beaucoup plus courtes gouttes après la montée à sa valeur initiale en raison du passage de la queue de bulles allongées, représentent les bulles dispersées...

Ce manuscrit décrit des méthodes visant à mesurer les coefficients de transfert de chaleur par convection instantanée local dans un flux de tuyau unique ou en deux phases. Une méthode optique simple pour déterminer la longueur et la vitesse de propagation d’une bulle d’air allongée (Taylor) se déplaçant à une vitesse constante est également présentée.

Mesures de transfert de chaleur par convection instantanée Local dans un tuyau - débit unique et en deux phases

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

L’objectif global de cette procédure expérimentale est de présenter une technique de thermographie, qui utilise une section d’essai bien conçue pour mesurer avec précision les coefficients de transfert de chaleur convectif instantané local, dans un écoulement de tuyau monophasique ou biphasé. Cette méthode peut aider à répondre aux principales questions en suspens dans le transfert de chaleur convectif transitoire, dans les écoulements monophasiques et multiphasiques. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est non invasive et qu’elle permet de mesurer des variations rapides de température de paroi, résultant d’écoulements dépendants du temps.Avram Balas et Yakov Levi, techniciens de notre laboratoire, feront la démonstration de cette procédure. Commencez par un segment de tuyau de 70 centimètres de long ou plus. Son diamètre et l’épaisseur de sa paroi doivent correspondre au tuyau de l’installation expérimentale.Fraisage de quatre fenêtres étroites adjacentes le long du tuyau. Chaque fenêtre mesure six millimètres de large et 80 millimètres de long. L’espace entre les fenêtres est de 25 millimètres.Ensuite, procurez-vous une feuille d’acier inoxydable de 12 micromètres d’épaisseur et coupez une longue bande mince. Pour faciliter la soudure des fils chauffants, la bande est recouverte d’or près de chaque extrémité de la bande. Continuez en mesurant la résistance électrique de la feuille à l’aide d’un omètre.Obtenez maintenant un tube rigide qui s’insère dans le tuyau. Le diamètre extérieur des tubes doit être égal au diamètre intérieur du tuyau. Découpez un long segment du tube rigide pour créer une arche.Cette longue arche, la base, s’insère dans le tuyau, et soutiendra et protégera le foil. Pour mettre la feuille dans la section d’essai, enduisez la base de graisse pour aider à détacher la feuille plus tard. Placez ensuite la feuille sur la base, pour la transférer dans la section d’essai.Aplatissez le papier d’aluminium et utilisez un chiffon et de l’alcool pour nettoyer l’excès de graisse. Ensuite, appliquez de l’adhésif sur la périphérie de la feuille afin qu’il adhère au tuyau. De plus, identifiez les zones correspondant aux ponts entre les fenêtres sur le tuyau et appliquez de l’adhésif sur celles-ci.Lorsque vous êtes prêt, orientez la base de manière à ce que la feuille soit orientée dans la même direction que les fenêtres de la section d’essai. Ensuite, insérez soigneusement la base dans la section de test. Assurez-vous que la feuille est alignée avec les fenêtres.Vérifiez que chaque bande dorée se trouve sur le bord d’une fenêtre extérieure. Une fois la feuille en place, fixez la base à chaque extrémité du tuyau. Procurez-vous ensuite une chambre à air de vélo, pliée pour s’insérer dans le tuyau.Insérez soigneusement le tube dans le tuyau sous la base. Une fois terminé, gonflez le pneu. Au fur et à mesure que le pneu se gonfle, observez l’adhésif se répandre sur la feuille et atteindre la base.Utilisez un chiffon pour éliminer tout excès d’adhésif dans les ouvertures des fenêtres. Après 24 heures de séchage, dégonflez le pneu et extrayez-le. Ouvrez les pinces qui maintiennent la base et le tuyau ensemble.Testez chaque extrémité de la base pour décider quel côté est le plus facile à déconnecter. Ensuite, utilisez un long rouleau et commencez par l’extrémité la plus facile. Placez le rouleau entre la base et le tuyau et déplacez-le lentement dans le tuyau, jusqu’à ce que toute la base soit séparée.La feuille doit rester intacte à l’intérieur du tuyau. Pour tester l’étanchéité, fermez une extrémité du tuyau. Remplissez ensuite le tuyau d’eau et vérifiez s’il y a des fuites.Continuez après avoir débouché le tuyau et nettoyé son intérieur. Connectez les fils chauffants électriques aux bandes dorées sur la feuille. Connectez également les thermocouples de type T au bas de chaque fenêtre.Enfin, peignez en aérosol la face extérieure de la feuille avec un noir mat. Placez maintenant la section d’essai dans l’installation expérimentale. Connectez les tuyaux avec des brides.Avant de continuer, remplissez le système d’eau. Passez à la configuration d’un ordinateur pour le contrôle et l’acquisition de données. Connectez ensuite les fils chauffants de la feuille à une alimentation CC.Ensuite, placez une caméra infrarouge contrôlée par ordinateur à une fenêtre de la section d’essai. Pour l’étalonnage, placez-le à quelques centimètres de la surface de la section d’essai. Mesurez la température ambiante, à l’aide d’un thermocouple placé à proximité de l’expérience.Ensuite, concentrez la caméra sur une fenêtre de la section de test pour mesurer sa température. Ajustez l’émissivité de la caméra IR de sorte que la caméra et la température mesurée par le thermocouple sur la fenêtre du tuyau correspondent. Une fois la caméra installée, préparez les sondes optiques.Chaque sonde se compose d’un laser et d’une photodiode, qui doit être connectée à l’ordinateur d’acquisition de données. Allumez le laser et pointez le faisceau vers la diode. Vérifiez que l’ordinateur enregistre un signal positif.Placez une sonde optique le long du tuyau d’essai, qui est maintenant rempli d’eau. La configuration finale est représentée dans ce schéma. La section de mesure s’ajoute à la configuration habituelle.L’ordinateur, en plus de l’acquisition des données de la caméra, des thermocouples et des sondes optiques, régit la synchronisation de l’injection de bulles et de la mesure de la température de la paroi avec la caméra. Établissez maintenant les conditions souhaitées pour l’expérience et effectuez une mesure de référence d’écoulement de tuyau monophasée. Après cela, injectez une bulle de Taylor dans la configuration, pour une mesure de débit en deux phases.Voici un exemple de la sortie d’un capteur optique, pour une seule bulle de Taylor s’élevant dans un tuyau vertical rempli d’eau stagnante. La chute initiale représente l’ouverture du circuit du capteur due à la pointe à bulle Taylor. La hausse représente le passage de la bulle.Plus tard, les gouttes plus courtes représentent des bulles dans le sillage liquide derrière la bulle de Taylor. Le retard des caractéristiques dans la courbe inférieure est dû au fait que les capteurs sont dans des positions différentes. Ce graphique représente les résultats moyens d’ensemble du coefficient de transfert de chaleur convectif local, dû au passage d’une seule bulle de Taylor s’élevant dans l’eau stagnante d’un tuyau vertical.Les résultats du coefficient convectif d’écoulement diphasique sont normalisés par le coefficient d’écoulement monophasique. La distance entre la queue de la bulle se déplaçant dans un cadre de référence avec la bulle de Taylor est normalisée par le diamètre du tuyau. Cette vidéo présentait des mesures du transfert de chaleur instantané local et de l’écoulement des limaces.La méthode peut fournir des informations sur le transfert de chaleur et l’écoulement monophasique à l’étape d’étude, ainsi que sur les écoulements diphasiques plus complexes. Une fois maîtrisée, la fabrication de la manette d’essai peut se faire en quelques heures. Lors de la tentative de cette procédure sur un écoulement transitoire, il est important de se rappeler d’automatiser l’ensemble du processus, afin d’assurer des résultats répétés qui peuvent ensuite être utilisés pour un processus de calcul de la moyenne d’assemblage.Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d’un tuyau d’essai de transfert de chaleur, ce qui permet une étude quantitative du transfert de chaleur par convection dans les écoulements de tuyaux. N’oubliez pas que cette technique de mesure du transfert de chaleur par convection peut être étendue à de nombreuses configurations de flux, en utilisant des équipements supplémentaires tels que des invites optiques et des caméras à grande vitesse.

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