Name: Misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: Scopri la tecnica di termografia per misurare i coefficienti di scambio termico convettivo istantaneo locale in flussi monofase e bifase in tubi. Questo metodo non invasivo cattura rapide variazioni di temperatura.

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

Questo lavoro è stato supportato dalla Israel Science Foundation, grant n. 281/14.

1. sezione di prova per misure di temperatura istantanea
<ol><li>Processo di fabbricazione del sezione di test (Figura 2)
	<ol>
<li>Tagliare un segmento di un tubo almeno 70 cm di lunghezza. Nota: Il diametro e spessore della sezione di prova dovrebbe essere identico a quello del tubo utilizzato nell'impianto sperimentale.</li>
		<li>Utilizzare una fresatrice per tagliare 4 finestre strette adiacenti lungo il tubo nel tratto di prova, ogni finestra è di 6 mm di larghezza e lunghezza 80 mm con un gap di 25 mm tra windows consecutivi.</li>
		<li>Da una lamina in acciaio inox sottile di 12 µm, taglio cmlong 12 mm e 40-60 nastri larghi. Nota: La lamina servirà per sigillare le finestre nel tubo di prova. L'acciaio inossidabile devono essere spalmato con due strisce d'oro che segnano una piccola distanza dalle estremità della lamina e devono essere utilizzati per saldare i fili di alimentazione per riscaldare la lamina, Vedi Figura 2.</li>
		<li>Misurare la resistenza elettrica del foglio di alluminio con un ohmetro.</li>
		<li>Posizionare il foglio all'interno del tubo seguendo la procedura descritta di seguito.<ol>
<li>Creare una base per l'inserimento del foglio in sezione test composta di un tubo rigido con un diametro esterno pari a quello del diametro interno del tubo di prova. A tal fine, tagliare un 20 mm di larghezza e circa 80 cm lungo parte della parete del tubo</li>
			<li>Ricoprire la base con del grasso prima di posizionare il foglio su di esso, per permettere di scollegare la base dal foglio in una fase successiva.</li>
			<li>Posizionare il foglio sulla base e appiattirla. Prendete un panno con alcol e pulire la pellicola dal grasso in eccesso.</li>
			<li>Applicare l'adesivo alla periferia di stagnola e sui tre segmenti del foglio corrispondente alla posizione dei ponti tra le finestre consecutivi. Nota: L'adesivo deve essere forte, con un periodo di indurimento iniziale di almeno 20 minuti al fine di garantire un tempo sufficiente per il processo di allegato di stagnola; epossidico DP 460 è usato.</li>
			<li>Inserire delicatamente la base con la pellicola in sezione test con il foglio rivolto verso l'alto verso le finestre. Nota: Questo processo dovrebbe essere fatto da due persone.</li>
			<li>Assicurarsi che la pellicola è allineata con le finestre, le strisce d'oro dovrebbero essere al bordo delle due finestre esterne. Una volta che la pellicola sia posizionata correttamente e copre le finestre, è possibile collegare la base al tubo di prova ogni fine utilizzando una fascetta.</li>
			<li>Con attenzione inserire un pneumatico interno bicicletta piegata nel tubo sotto la base, se necessario, ingrassare il pneumatico. Gonfiare il pneumatico. Durante l'inflazione osservare l'adesivo diffondere attraverso la lamina e raggiungere la base. Nota: La pressione esercitata dal pneumatico gonfiato dovrebbe garantire che l'adesivo si legherà alla parete interna del tubo e la lamina. Questo sarà anche forma la lamina per la curvatura del tubo e ridurre eventuali interferenze al flusso dovuto la pellicola o l'adesivo.</li>
			<li>Con un panno, eliminare l'eccesso di collante che ha raggiunto le aperture delle finestre.</li>
			<li>Lasciare che l'adesivo secco per 24 h. Deflate pneumatico, estrarlo e aprire i morsetti.</li>
			<li>Scollegare la base dalla stagnola e tubo nei passaggi seguenti:<ol>
<li>Toccare delicatamente ogni estremità della base a sentire quale estremità è più facile da staccare e iniziare la disconnessione da tale fine.</li>
				<li>Utilizzare un rullo lungo o un oggetto simile per scollegare la base originale gradualmente, muoversi lentamente nel tubo fino a quando l'intera base è disconnesso e il foglio rimane intatto in modo sicuro sul tubo. Nota: Questo processo dovrebbe essere fatto con attenzione al fine di proteggere il sigillo; Se la guarnizione è rovinata una nuova unità di calore trasferimento test tubo opportuno.</li>
				<li>Controllare che il tubo è sigillato chiudendo un'estremità del tubo e il tubo di riempimento con acqua.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>Pulire il grasso in eccesso dal lato interno del tubo con acqua e sapone.</li>
		<li>Collegare i cavi di riscaldamento elettrico mediante saldatura a strisce dorate sulla lamina. Nota: Per proteggere la lamina in questi punti, è consigliabile innanzitutto il collegamento un chip piccolo cooper per la pellicola e poi saldare il filo ad esso.</li>
		<li>Con un adesivo termico collegare una termocoppia tipo T alla parte inferiore di ogni finestra. Queste termocoppie verranno utilizzate più avanti nel processo di calibrazione fotocamera IR. Nota: Le letture di temperatura dalle termocoppie sono registrate e registrate da un PC utilizzando un convertitore A/D.</li>
		<li>Vernice spray lato esterno dell'estruso con uno spray nero opaco al fine di massimizzare l'emissività.</li>
	</ol></li>
	<li>L'applicazione di flusso di calore per sventare
	<ol>
<li>Collegare i cavi di riscaldamento elettrico dal bordo del foglio per un rifornimento di corrente continua.</li>
		<li>Impostare la corrente elettrica in modo che la lamina raggiunge una temperatura desiderata. Nota: Non raggiungono una temperatura che poteva danneggiare il tubo. Per Plexiglass il limite è di circa 45 ° C. Tuttavia, assicurarsi di lamina di abbastanza per assicurare che temperatura del film resti almeno un paio di gradi sopra la temperatura di ingresso acqua, anche durante lo stato di raffreddamento dovuto i cambiamenti transitori previsti nel flusso di calore.</li>
		<li>Calcolare il flusso di calore applicato Q = ho2R dove I è la corrente applicata e R è la resistenza elettrica del foglio di alluminio. Nota: Il trasferimento di calore dal lato esterno del foglio di alluminio che è aperto all'aria è trascurabile rispetto al trasferimento di calore all'acqua all'interno del tubo2.</li>
		<li>Collegare un interruttore elettrico controllabile di PC ad uno dei fili di flusso di calore al fine di controllare il calore flusso impulsivo iniziazione e l'arresto.</li>
	</ol></li>
	<li>Macchina fotografica di IR Nota: dettagliate specifiche della fotocamera IR utilizzata in laboratorio possono essere visto in Ferhstman3,4. La fotocamera è collegata ad un PC e controllata da un computer.<ol>
<li>Se possibile, collegare la telecamera IR a un set di rotaie Abilitazione movimento tridimensionale della fotocamera di posizionarlo facilmente in diverse posizioni lungo la sezione test.</li>
		<li>Accendere la fotocamera IR pochi minuti prima di effettuare qualsiasi misurazione, sensori interni prendere tempo per raffreddare alla temperatura richiesta.</li>
		<li>Posizionare la telecamera IR a pochi centimetri dalla superficie all'interno della distanza focale della fotocamera per attivare la messa a fuoco. Nota: A seconda della risoluzione fotocamera assicurarsi che l'area misurata non è più piccolo di un singolo pixel. È preferibile avere la superficie misurata composto da un numero di pixel.</li>
		<li>Impostare lo stato attivo della telecamera IR.</li>
		<li>Processo di calibrazione fotocamera IR:<ol>
<li>Applicare il flusso di calore come indicato in 1.2 e attendere finché non viene raggiunto uno stato di stabilità termico, cioè una volta le termocoppie messo sulla temperatura costante record di stagnola. Misurare la temperatura ambiente in prossimità l'impianto sperimentale con una termocoppia. Nota: La temperatura riflessa della superficie fungerà da questa temperatura. Per un alto valore di emissività superficiale, questo parametro è quasi trascurabile.</li>
			<li>Immettere la temperatura come parametro della telecamera IR temperatura riflessa.</li>
			<li>Per ogni finestra nell'estruso, confrontare la temperatura registrata dalla telecamera IR per la registrazione della termocoppia di tale finestra. Regolare la proprietà di emissività della telecamera IR fino a quando la registrazione di temperatura della telecamera IR è uguale alla temperatura registrata dalla termocoppia. Nota: Questo può essere fatto per diversi valori di flusso di calore; Tuttavia, l'emissività non è sensibile a questa gamma relativamente bassa temperatura. Nelle registrazioni sperimentali, il valore medio di emissività era 0,98.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. misurazioni di velocità traslazionale bolla di Taylor e la sua lunghezza
<ol><li>
Sonda ottica Nota: la sonda ottica comprende una sorgente di luce laser e un fotodiodo. Quando l'intera sezione trasversale del tubo contiene acqua, il raggio laser è puntato verso il fotodiodo causando il circuito chiuso. Quando il raggio laser colpisce la bolla d'aria, si è dato una gomitata da fotodiodo e apre il circuito. Così, si ottiene un segnale binario, che indica se la sonda ottica è davanti a una bolla d'aria o di un liquido lumaca.<ol>
<li>Al fine di collegare il sensore alla scheda A/D, costruire il circuito seguente (Figura 3).</li>
		<li>Accendere il laser, puntarlo verso il diodo. Controllare l'ingresso digitale del circuito A/D software. Se il laser colpisce il diodo, allora il circuito è chiuso e dovrebbe apparire un segnale positivo. Nota: Assicurarsi che il diodo è sensibile all'uscita di lunghezza d'onda del laser. I dati dei sensori ottici sono registrati al tasso di 1 kHz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. procedura sperimentale
<ol><li>Collegare la sezione test per l'impianto sperimentale, di flange o record di tubo.</li>
	<li>Collegare i cavi elettrici di riscaldamento per l'alimentazione e le termocoppie a qualsiasi registratore di temperatura computerizzato.</li>
	<li>Posizionare la telecamera IR davanti la sezione di test nella posizione desiderata.</li>
	<li>Assicurarsi che la fotocamera è focalizzata sulla lamina; Questo è più facile da fare con il flusso di calore su.</li>
	<li>Applicare il cambiamento continuo di calore (1,2) ed eseguire il processo di calibrazione fotocamera IR (1.3.5).</li>
	<li>Posizionare le due ottiche sonde lungo il tubo di prova Nota: Se possibile, posizionare una sonda ottica nella posizione della telecamera IR; Questo permetterà la sincronizzazione tra la misurazione della temperatura e la posizione della bolla, come la bolla non è visibile alla telecamera IR. Se non è possibile, assicurarsi di spostare i risultati nel tempo, di conseguenza la velocità della bolla e la distanza tra la telecamera IR e la sonda ottica.<ol>
<li>Controllare che il raggio laser colpisce il diodo infatti e produce una lettura positiva.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Attivare la pompa dell'acqua e impostare la portata desiderata. Applicare flusso di calore regolando la corrente di alimentazione.</li>
	<li>Attendere fino a quando si raggiunge una temperatura di stato stazionario. Eseguire il programma per computer per registrare la temperatura di parete di un flusso di tubo monofase. Nota: Al fine di isolare l'effetto della bolla Taylor al coefficiente di trasferimento di calore convettivo, è assolutamente necessario misurare prima il coefficiente di scambio di calore convettivo in corrente monofase ad un flusso di calore e tasso identico flusso come gli esperimenti in due fasi. Si consiglia di eseguire questa operazione prima di ogni singolo evento.</li>
	<li>Eseguire il programma di computer che governa l'iniezione di bolla. Nota: Questo programma dovrebbe innanzitutto iniettare una singola bolla di Taylor e poi simultaneamente misurare la temperatura di parete usando la macchina fotografica di IR e registrare i segnali binari delle due sonde ottiche. Queste due misure devono essere sincronizzate al fine di evitare variazioni di tempo aggiuntivo tra le registrazioni.</li>
	<li>Tra le esecuzioni, impostare il ritardo di tempo sufficiente a garantire che il sistema è tornato alle condizioni iniziali, cioè la temperatura di parete ritorna al valore iniziale monofase stazionario. Nota: È possibile che la temperatura della parete del flusso stazionario monofase aumenterà nei casi in cui un flusso di calore elevato è il continuo. Questo dovrebbe essere evitato chiudendo il flusso di calore e prendendo una pausa negli esperimenti.</li>
</ol>4. elaborazione dei dati
<ol><li>Calcolare il coefficiente di trasferimento termico per le condizioni di stato stazionario monofase basato su EQ. 1. Nota: Questo coefficiente è indipendente dal tempo. Servirà come un fattore di normalizzazione nel sequel.<ol>
<li>Per ogni singolo evento registrato sotto determinate condizioni, calcolare la lunghezza delle bolle Taylor e sonde di velocità traslazionale dividendo la distanza tra l'ottica, L, dall'intervallo di tempo dell'arrivo punta tempo per ogni sensore ottico:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> , dove tL1 e tL2 sono i tempi dell'arrivo bolla punta verso il basso e superiore sensori ottici, rispettivamente.</li>
		<li>Utilizzare velocità traslazionale di bolla di Taylor per calcolare la lunghezza di bolla moltiplicandolo per tutta la durata del circuito aperto di una delle sonde ottiche.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Calcolare il coefficiente di trasferimento di calore locale istantanea per flusso a due fasi dovrebbe essere fatto come segue: Nota: Anche se l'intero processo sperimentale è informatizzata, la lunghezza e la velocità traslazionale delle bolle Taylor non rimangono esattamente costante a ogni esecuzione sperimentale. Di conseguenza, l'istante in cui la bolla raggiunge il punto di misura varia. Le sonde ottiche e la telecamera IR hanno diversi frame tassi, rispettivamente di 30 e 1000 Hz.<ol>
<li>Usando la sonda ottica situata nelle vicinanze della telecamera IR, record l'istante di arrivo di punta la bolla.</li>
		<li>Questo segnale di trigger fornisce il riferimento temporale per la registrazione di macchina fotografica di IR. Nota: Processo di media ensemble è necessaria al fine di ottenere il coefficiente di trasferimento di calore convettivo in funzione della distanza dal fondo bolla al punto di misurazione, z, dove z= 0 corrisponde alla parte inferiore di bolla. Questo parametro dovrebbe essere normalizzato tramite il diametro del tubo D.</li>
		<li>Impostare una risoluzione per z/D. Tutti i dati registrati valori per ogni singolo evento (corrispondenti a condizioni identiche) rientrano nell'intervallo prescritto risoluzione spaziale e devono essere calcolata la media per ottenere un singolo valore rappresentativo della temperatura di parete a quella distanza dalla bolla nella parte inferiore. Nota: Questa risoluzione spaziale dovrebbe essere decisa in base alla frequenza di registrazione della telecamera IR e sulla velocità traslazionale della bolla Taylor. In questo studio, è stata scattata tra 0.15-0.3.</li>
		<li>Calcolare il coefficiente di scambio termico in funzione della distanza fra la punta/fondo bubble con EQ. 1.</li>
		<li>Normalizzare il coefficiente di trasferimento di calore istantaneo locale in due fasi per il coefficiente costante monofase. Nota: Questo rapporto rappresenta un miglioramento nella velocità di trasferimento di calore convettivo dovuto al passaggio di bolla rispetto al flusso monofase.</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>

Indagine sperimentale del trasferimento di calore locale nel flusso tubo transitoria è un compito complicato che richiede strumenti di misura High-end e metodi, nonché un impianto sperimentale costruito su misura, in particolare, una sezione di test appositamente progettati. Il presente protocollo Visualizza una tecnica di termografia che è in grado di misurare fedelmente veloce temporali cambiamenti nella temperatura di parete e nella velocità di trasferimento di calore a causa delle variazioni sull'idrodinamica del flu...

Numerosi studi sperimentali di trasferimento di calore convettivo, utilizzando diverse tecniche per misurare la parete e/o la temperatura del fluido in una varietà di configurazioni di flusso, sono stati effettuati durante gli ultimi decenni. Uno dei fattori che limita la precisione delle misurazioni di temperatura nei processi instabili è la risposta lenta dei sensori. Per registrare la temperatura di parete istantanea locale, l'apparecchiatura di misurazione deve rispondere abbastanza velocemente, mentre la superficie in cui è registrata la temperatura deve essere in equilibrio termico con il flusso del tempo-dipendente. Pertanto, l'inerzia termica della superficie deve essere sufficientemente piccolo. Le scale di tempo rilevante sono determinate dai fenomeni idrodinamici che causano il cambiamento nel trasferimento di calore convettivo. Veloce tempo di risposta è così cruciale per la temperatura dipendente dal tempo di registrazione nel flusso transitorio.
Per soddisfare questi requisiti, una telecamera a infrarossi viene utilizzata per registrare una sezione di prova speciale di fabbricati che consente una risposta veloce della temperatura a qualsiasi cambiamento nel flusso. Una parte della parete del tubo è tagliata e sostituita con una sottile lamina di acciaio inox. Un approccio simile è stato utilizzato da Hetsroni et al. 1, tuttavia, la pellicola che hanno usato era troppo spessa per misurare con precisione i cambiamenti di temperatura istantanea e soltanto le temperature medie sono state presentate. Diminuendo lo spessore della lamina migliorato considerevolmente il tempo di risposta. 2 questo metodo è stato applicato in laboratorio per misurare i coefficienti di scambio termico convettivo in flusso bifase3,4 e fenomeni transitori in monofase tubo flusso5.
Un layout schematico della struttura di flusso bifase è dato in Figura 1, ulteriori informazioni sul dispositivo di aspirazione di aria unico possono essere trovate Babin et al. 3
Indagine del trasferimento di calore convettivo in flusso bifase è molto complessa a causa del comportamento di flusso transitorio e l'effetto della frazione sub la sezione del tubo. Di conseguenza, molti studi hanno presentato solo un coefficiente di trasferimento di calore convettivo medio per un regime di flusso dato come una funzione di flusso specifico condizioni6,7,8,9,10 , 11. Tuttavia, le carte da Donnelly et al. 12 e Liu et al. 13 rappresentano esempi di studi di trasferimento di calore convettivo locale in due fasi.
Il presente studio si occupa di misure di trasferimento di calore intorno a una singola bolla allungata (Taylor) iniettato nella stagnante o liquido in un tubo corrente. La bolla di Taylor si propaga a una velocità costante traslazionale14,15,16. La velocità di propagazione della bolla viene determinata utilizzando il metodo sonde ottico costituito da una sorgente di luce laser e il fotodiodo3,4.
La combinazione della telecamera IR e delle sonde ottiche permette misurazioni del trasferimento di calore convettivo istantanea locale in funzione della distanza da Taylor bolla superiore o inferiore.
La temperatura di parete istantanea può essere utilizzata per calcolare il coefficiente di scambio termico convettivo, he il numero di Nusselt:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
dove q è il flusso di calore sull'estruso, Tw e T∞ sono la temperatura di parete e la temperatura acqua ingresso rispettivamente, k è la conducibilità del liquida e D è il diametro del tubo. La temperatura di massa che è comunemente usata per determinare i coefficienti di scambio termico non è stata misurata al fine di evitare l'introduzione di eventuali interferenze al flusso.

<table><tbody><tr><td>Telecamera a infrarossi</td><td>Optris</td><td>PI-1450</td><td></td></tr><tr><td>Termocoppie A/D card&nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9714.</td><td></td></tr><tr><td>Programma 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>

misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi

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

Questo manoscritto fornisce descrizione passo passo del processo produttivo di una sezione di test progettato per misurare il coefficiente di trasferimento di calore istantaneo locale in funzione della portata liquida in un tubo trasparente. Con alcuni emendamenti, l'approccio è esteso ai flussi di gas-liquido, con una particolare enfasi sull'effetto di una singola bolla di aria (Taylor) allungata su incremento dello scambio termico. Una tecnica non invasiva termografia è applicata per misurare la temperatura istantanea di un sottile foglio di metallo riscaldato elettricamente. La lamina è incollata per coprire una sottile fessura tagliata nel tubo. L'inerzia termica della lamina è abbastanza piccolo per rilevare la variazione nella temperatura istantanea lamina. La sezione di prova può essere spostata lungo il tubo ed è abbastanza a lungo per coprire una parte considerevole dello strato limite termico crescente.
All'inizio di ogni esecuzione sperimentale, uno stato di costante con un flusso d'acqua costante tasso e calore di flusso all'estruso è raggiunto e serve come riferimento. La bolla di Taylor viene quindi iniettata nel tubo. Le variazioni di coefficiente di trasferimento termico dovuto al passaggio di una bolla di Taylor di moltiplicazione in un tubo verticale viene misurata come funzione della distanza del punto di misura dalla parte inferiore della bolla Taylor commovente. Pertanto, i risultati rappresentano i coefficienti di trasferimento di calore locale. Più esecuzioni indipendenti preformati in condizioni identiche permettono di accumularsi dati sufficienti calcolare risultati affidabili di una media di ensemble sul trasferimento di calore convettivo transitoria. Per eseguire questa operazione in un quadro di riferimento in movimento con la bolla, la posizione della bolla lungo il tubo deve essere conosciuto in ogni momento. Descrizione dettagliata delle misure della lunghezza e della velocità traslazionale delle bolle Taylor dalle sonde ottiche è presentato.

Un esempio di sensori ottici di uscita record è presentato nella Figura 4 per una singola bolla di Taylor in aumento in un tubo verticale riempito con acqua stagnante. La prima grande discesa rappresenta l'apertura del circuito per la punta di bolla di Taylor, mentre la successiva molto più brevi gocce dopo l'ascesa al valore iniziale dovuto al passaggio della coda allungata bolle, rappresentano le bolle disperse sulla scia di liquido dietro la bolla di Taylo...

Questo manoscritto descrive metodi finalizzati a misura dei coefficienti di scambio di calore convettivo istantanea locale in un flusso di tubo monofase o bifase. Viene presentato un metodo ottico semplice per determinare la lunghezza e la velocità di propagazione di una bolla di aria (Taylor) allungata muove a una velocità costante.

Misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi

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

L'obiettivo generale di questa procedura sperimentale è quello di presentare una tecnica termografica, che utilizza una sezione di prova ben progettata per misurare accuratamente i coefficienti di scambio termico convettivo istantaneo locale, in un flusso di tubo monofase o bifase. Questo metodo può aiutare a rispondere alle principali domande in sospeso nel trasferimento di calore convettivo transitorio, in flussi monofase e multifase. Il vantaggio principale di questa tecnica è che non è invasiva e può misurare rapide variazioni della temperatura della parete, derivanti da flussi dipendenti dal tempo.A dimostrare questa procedura saranno Avram Balas e Yakov Levi, tecnici del nostro laboratorio. Inizia con un segmento di tubo lungo 70 centimetri o più. Il suo diametro e lo spessore della parete dovrebbero corrispondere al tubo della struttura sperimentale.Fresare quattro finestre strette adiacenti lungo il tubo. Ogni finestra è larga sei millimetri e lunga 80 millimetri. Lo spazio tra le finestre è di 25 millimetri.Quindi prendi un foglio di acciaio inossidabile sottile 12 micrometri e taglia una striscia lunga e sottile. Per aiutare a saldare i fili di riscaldamento, la striscia è rivestita d'oro vicino a ciascuna estremità della striscia. Continua misurando la resistenza elettrica della lamina con un ometro.Ora procuratevi un tubo rigido che si inserisca nel tubo. Il diametro esterno dei tubi deve essere uguale al diametro interno del tubo. Ritaglia un lungo segmento del tubo rigido per creare un arco.Questo lungo arco, la base, si inserisce nel tubo e sosterrà e proteggerà la pellicola. Per mettere la pellicola nella sezione di prova, rivestire la base con grasso per facilitare il distacco della pellicola in un secondo momento. Quindi posizionare la pellicola sulla base, per trasferirla nella sezione di prova.Appiattire la pellicola e utilizzare un panno e alcol per pulire il grasso in eccesso. Quindi, applica l'adesivo sulla periferia della pellicola, in modo che aderisca al tubo. Inoltre, identificare le regioni corrispondenti ai ponti tra le finestre sul tubo e applicare l'adesivo su di esse.Quando è pronto, orientare la base, in modo che la lamina sia rivolta nella stessa direzione delle finestre della sezione di prova. Quindi inserire con cautela la base nella sezione del test. Assicurarsi che la pellicola sia allineata con le finestre.Controlla che ogni striscia dorata si trovi sul bordo di una finestra esterna. Una volta che la pellicola è in posizione, fissa la base a ciascuna estremità del tubo. Quindi procurati una camera d'aria per bicicletta, piegata per adattarsi al tubo.Inserire con cautela il tubo nel tubo sotto la base. Al termine, gonfiare il pneumatico. Mentre il pneumatico si gonfia, osservare l'adesivo che si diffonde sulla lamina e raggiunge la base.Utilizzare un panno per rimuovere l'adesivo in eccesso dalle aperture delle finestre. Dopo 24 ore di asciugatura sgonfiare il pneumatico ed estrarlo. Aprire le fascette che tengono insieme la base e il tubo.Metti alla prova ogni estremità della base per decidere quale lato è più facile da disconnettere. Quindi usa un rullo lungo e inizia dall'estremità più facile. Posizionare il rullo tra la base e il tubo e spostarlo lentamente nel tubo, fino a separare l'intera base.La pellicola deve rimanere intatta all'interno del tubo. Come prova della tenuta, chiudere un'estremità del tubo. Quindi riempire il tubo con acqua e verificare la presenza di perdite.Continuare dopo aver sbloccato il tubo e averne pulito l'interno. Collegare i fili del riscaldamento elettrico alle strisce dorate sulla pellicola. Collegare anche le termocoppie di tipo T alla parte inferiore di ciascuna finestra.Infine, verniciare a spruzzo il lato esterno della pellicola con un nero opaco. Ora metti la sezione di prova nella struttura sperimentale. Collegare i tubi con le flange.Prima di continuare, riempire il sistema con acqua. Passa alla configurazione di un computer per il controllo e l'acquisizione dei dati. Quindi collegare i fili di riscaldamento dalla pellicola a un alimentatore CC.Quindi, posiziona una telecamera a infrarossi controllata da computer in una finestra della sezione di test. Per la calibrazione, posizionarlo a pochi centimetri dalla superficie della sezione di prova. Misurare la temperatura ambiente, con una termocoppia tenuta vicino all'esperimento.Quindi, metti a fuoco la fotocamera su una finestra della sezione di test per misurarne la temperatura. Regolare l'emissività della telecamera IR, in modo che la telecamera e la temperatura misurata dalla termocoppia sulla finestra del tubo corrispondano. Con la fotocamera configurata, preparare le sonde ottiche.Ogni sonda è composta da un laser e da un fotodiodo, che va collegato al computer di acquisizione dati. Accendere il laser e puntare il raggio verso il diodo. Verificare che il computer registri un segnale positivo.Posizionare una sonda ottica lungo il tubo di prova, che ora è pieno d'acqua. L'allestimento finale è rappresentato in questo schema. La sezione di misurazione si aggiunge alla normale configurazione.Il computer, oltre all'acquisizione dei dati dalla telecamera, dalle termocoppie e dalle sonde ottiche, governa la sincronizzazione dell'iniezione delle bolle e la misurazione della temperatura delle pareti con la telecamera. Ora stabilisci le condizioni desiderate per l'esperimento ed esegui una misurazione di riferimento del flusso del tubo monofase. Dopodiché iniettare una bolla di Taylor nel setup, per una misurazione del flusso a due fasi.Questo è un esempio dell'uscita del sensore ottico, per una singola bolla di Taylor che sale in un tubo verticale riempito con acqua stagnante. La goccia iniziale rappresenta l'apertura del circuito del sensore a causa della punta a bolla di Taylor. L'ascesa rappresenta il passaggio della bolla.Le gocce più corte successive rappresentano bolle nella scia liquida dietro la bolla di Taylor. Il ritardo delle caratteristiche nella curva inferiore, è dovuto al fatto che i sensori si trovano in posizioni diverse. Questo grafico rappresenta i risultati medi d'insieme del coefficiente di scambio termico convettivo locale, dovuto al passaggio di una singola bolla di Taylor che sale in acqua stagnante in un tubo verticale.I risultati del coefficiente convettivo di flusso a due fasi sono normalizzati dal coefficiente di flusso monofase. La distanza dalla coda della bolla che si muove, in un sistema di riferimento con la bolla di Taylor, è normalizzata dal diametro del tubo. Questo video presentava le misure del trasferimento di calore istantaneo locale e del flusso di lumache.Il metodo può fornire informazioni sul trasferimento di calore e sul flusso monofase in fase di studio, nonché su flussi bifase più complessi. Una volta padroneggiato, la produzione del tubo di prova può essere eseguita in poche ore. Quando si tenta questa procedura su un flusso transitorio, è importante ricordare di automatizzare l'intero processo, per assicurare risultati ripetuti che possono essere successivamente utilizzati per un processo di media di assemblaggio.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come produrre un tubo di prova per il trasferimento di calore, che consente un'indagine quantitativa del trasferimento di calore convettivo nei flussi dei tubi. Non dimenticare che questa tecnica di misurazione del trasferimento di calore convettivo può essere estesa a molte configurazioni di flusso, utilizzando apparecchiature supplementari come prompt ottici e telecamere ad alta velocità.

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

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Qui, presentiamo tre protocolli per misure termiche in dispositivi microfluidici.

Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

Descriviamo l'uso di micro-termocoppie per stimare i gradienti di temperatura locali in fiamme di diffusione dello strato limite laminare costante. Per estensione dell'analogia di Reynolds, i gradienti di temperatura locali possono essere ulteriormente utilizzati per stimare i tassi di combustione di massa locali e i flussi di calore in tali fiamme con elevata precisione.

Metodologia sperimentale per la stima della locale Calore flussi e masterizzazione Tariffe a Steady limite laminare Fiamme strato di diffusione

esperimenti di trasferimento di calore Pool-bollente sono state effettuate per osservare gli effetti dei modelli ibridi bagnabili sul coefficiente di scambio termico (HTC). I parametri di ricerca sono il numero di interlining e l'orientamento modello della superficie bagnabile modificata.

Enhancement Pool-ebollizione di trasferimento del calore su superfici cilindriche con i modelli ibridi bagnabili

Qui, presentiamo un metodo sperimentale per disaccoppiare la forza di Coriolis interdipendente e gli effetti di galleggiabilità rotante su distribuzioni di trasferimento di calore pieno-campo di un canale rotante.

Disgiungere forza di Coriolis e rotante galleggiabilità effetti sul calore pieno campo il trasferimento di proprietà di un canale rotante

La tecnica descritta nel presente documento offre un metodo relativamente semplice e basso costo per misurare simultaneamente la cinematica delle particelle e turbolenza dei flussi con concentrazioni di particelle basso. La turbolenza è misurata usando particle image velocimetry (PIV) e cinematica delle particelle sono calcolati dalle immagini ottenute con una fotocamera ad alta velocità in un campo di vista sovrapposto.

Misura simultanea di turbolenza e la cinematica delle particelle utilizzando tecniche di formazione immagine di flusso

La tecnica è stata sviluppata che rimuove i film di contatto in metallo Ni / Au dal loro substrato per consentire l'esame e la caratterizzazione del contatto / substrato e le interfacce di contatto / NO di singoli dispositivi GaN nanowire.

Analisi di contatto Interfacce semplici dispositivi GaN nanowire

I passaggi chiave della funzione delle proteine, in particolare i cambiamenti conformazionali della spina dorsale e le reazioni di trasferimento protonico, spesso avvengono su una scala temporale da microsecondi a millisecondi. Questi processi dinamici possono essere studiati mediante spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier a scansione a gradini risolta nel tempo, in particolare per le proteine la cui funzione è attivata dalla luce.

Proton Transfer e conformazione proteica Dynamics in proteine ​​fotosensibili da Time-risolto Step-scan trasformata di Fourier Infrared Spectroscopy

Dimostriamo l'uso della Forward Transfer (LIFT) tecnica laser-indotta per l'assemblaggio flip-chip componenti optoelettronici. Questo approccio fornisce un conveniente, a bassa temperatura semplice, soluzione veloce e flessibile per la messa a passo urti e incollaggio sul chip-scala per raggiungere i circuiti ad alta densità per applicazioni optoelettroniche.

Laser-indotta Transfer Forward per Flip-chip Packaging di Dies Singolo

La tecnica dei gradienti diffusivi in ​​film sottili (DGT) è proposto per gli studi di speciazione di plutonio. Questo protocollo descrive esperimenti di diffusione sondare il comportamento di Pu (IV) e Pu (V) in presenza di sostanza organica. Dgts schierati in una sorgente carsica consentono la valutazione della biodisponibilità di Pu.

Speciazione e di biodisponibilità Misure di plutonio ambientale Uso Diffusione in film sottili

Presentiamo un protocollo per la manipolazione di vortici individuali in film superconduttori sottili, utilizzando il contatto meccanico locale. Il metodo non include l'applicazione di corrente, campo magnetico o ulteriori fasi di fabbricazione.

La scansione SQUID Studio di Vortex manipolazione da locale Contatto

Scopri la tecnica di termografia per misurare i coefficienti di scambio termico convettivo istantaneo locale in flussi monofase e bifase in tubi. Questo metodo non invasivo cattura rapide variazioni di temperatura.

Misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi

Esplora altri video