Name: 파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: 학습하세요 단상 및 이상 유동 파이프에서 열전달 계수를 측정하는 열화상 기법을. 비침습적 방법으로 벽 온도의 급격한 변화를 포착하여 유체 역학 연구에 활용할 수 있습니다.

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이 작품은 이스라엘 과학 재단에 의해 지원 되었다 그랜트 # 281/14.

1. 순간 온도 측정에 대 한 섹션을 테스트 합니다.
<ol><li>제조 공정 테스트 섹션의 (그림 2)
	<ol>
<li>긴 파이프 적어도 70 cm의 세그먼트를 잘라. 참고: 테스트 섹션의 직경과 벽 두께 실험 시설에 사용 되는 파이프의 동일 해야 합니다.</li>
		<li>밀링 기계를 사용 하 여 잘라 테스트 섹션에서 파이프를 따라 4 인접 한 좁은 창, 각 창 폭 6 m m 이며 80 m m 연속 창 사이 25 m m 간격으로 오래.</li>
		<li>12 µ m 얇은 스테인리스 스틸 포 일에서 잘라 40-60 cmlong 12 m m 넓은 스트립. 참고: 호 일 테스트 파이프에 윈도 봉인 하기 위해 사용 됩니다. 스테인레스 스틸 포 일의 끝에서 작은 거리를 표시 하 고 호 일 열, 그림 2참조 전원 공급 전선 용접에 사용 되는 두 개의 금 줄무늬 코팅 한다.</li>
		<li>ohmmeter을 사용 하 여 호 일의 전기 저항을 측정 합니다.</li>
		<li>아래에 설명 된 단계를 수행 하는 파이프 내에서 호 일을 놓습니다.<ol>
<li>테스트 파이프 내부 직경의 엄밀한 튜브 외경 평등의 만든 테스트 섹션에 호 일을 삽입 하기 위한 기초를 만듭니다. 이 위해 컷 폭 20 m m과 약 80 cm 긴 파이프 벽의 일부</li>
			<li>코트에, 나중 단계에서 포 일에서 기초를 분리할 수 있도록 포 일을 배치 하기 전에 그리스를 가진 기초.</li>
			<li>기초에 호 일을 놓고 그것을 평평 하 게 합니다. 헝겊에 알코올을가지고 고 어떤 초과 그리스에서 호 일을 청소.</li>
			<li>호 일 주변에 및 연속 창 사이 교량의 위치에 해당 하는 포 일의 3 개의 세그먼트에 접착제를 적용 합니다. 참고: 접착제는 이어야 초기 경화 시간을 20 분 이상의 강한 호 일 첨부 파일 과정;에 대 한 충분 한 시간을 DP 460 에폭시 사용 됩니다.</li>
			<li>창문을 향해 위쪽으로 직면 하는 호 포 일을 기준으로 테스트 섹션에 조심 스럽게 삽입 합니다. 참고: 이 과정은 두 사람에 의해 행해져야 한다.</li>
			<li>호 일 창 정렬, 금 줄무늬 2 개의 외부 창의 가장자리에 있어야 확인 하십시오. 일단 호 일 제대로 배치 하 고 창문 커버, 연결할 기초 테스트 파이프 양쪽 끝에 클램프를 사용 하 여.</li>
			<li>조심 스럽게 기초 아래 파이프에 접힌된 자전거 내부 타이어를 삽입, 필요 하다 면 타이어를 그리스. 타이어를 부 풀 려. 인플레 동안 접착제는 호 일에 걸쳐 확산 되 고 기초를 도달을 관찰 합니다. 참고: 팽창 된 타이어에 의해 적용 압력 파이프 내부 벽과 호 일 접착제 넥타이 것 이다 보장 한다. 이것 또한 호 일 파이프의 곡률을 형성 하 고 포 일 또는 접착제 흐름에 어떤 가능한 간섭을 줄일.</li>
			<li>천으로, 창 구멍에 도달 했습니다 모든 과잉 접착제를 선택을 취소 합니다.</li>
			<li>타이어 24 h. Deflate 위한 접착제 건조 하 게, 그것을 추출 하 고는 클램프를 엽니다.</li>
			<li>호 일 및 다음 단계에서 파이프에서 기초를 분리:<ol>
<li>부드럽게는 끝을 분리 하 고 그 끝에서 분리 시작 쉽습니다 느낌의 각 끝을 터치 합니다.</li>
				<li>긴 롤러 또는 유사한 개체를 사용 하 여 원래 기초를 점차적으로 분리, 전체 기준으로 분리 되 고 호 일 남아 파이프에 안전 하 게 손상 될 때까지 천천히 파이프에 이동. 참고: 이 과정; 인감을 보호 하기 위해 신중 하 게 이루어져야 한다 인감은 새로운 망 쳐 열 전송 테스트 파이프 단위 여야 한다.</li>
				<li>파이프는 파이프의 한쪽 끝을 닫고 물 파이프를 작성 하 여 봉인 확인 하십시오.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>물과 비누로 파이프의 안쪽에서 초과 기름 청소.</li>
		<li>호 일에 황금 줄무늬 용접 전기 난방 철사를 연결 합니다. 참고: 이러한 관광 명소에 호 일을 보호 하기 위해 먼저 호 일에 작은 쿠퍼 칩을 연결 하 고 다음 그것을 용접을 건의 된다.</li>
		<li>열 접착제로 각 창의 맨 아래에는 T-타입 열전대를 연결 합니다. 이 열전대는 나중 IR 카메라 캘리브레이션 과정에 사용 됩니다. 참고: 열전대에서 온도 읽기는 기록 하 고는 A/D 컨버터를 사용 하는 PC에 의해 기록 된.</li>
		<li>스프레이 방사 율을 최대화 하기 위해 검은 매트 스프레이와 호 일의 외부 측면 페인트.</li>
	</ol></li>
	<li>호 일을 열 플럭스를 적용
	<ol>
<li>DC 전원 공급 장치에 포 일의 가장자리에서 전기 난방 철사를 연결 합니다.</li>
		<li>호 일 원하는 온도 도달 것 이다 그래서 전기 전류를 설정 합니다. 참고: 파이프를 손상 시킬 수 있는 온도 도달 하지 않습니다. 플 렉 시 유리에 대 한 한계는 이다 약 45 °. 그러나, 열 일 정도로 호 일의 온도 과도 변화 흐름에 예상 때문 냉각 상태 중에 유입 물 온도 적어도 몇도 유지 되도록 해야 합니다.</li>
		<li>계산 열 플럭스 적용 Q = 내가2R 어디 내가 적용 전류 이며 R 은 포 일의 전기 저항. 참고: 호 일의 외부 측면 공기를 열려 있는에서 열 전달 열 전달 파이프2내부 물에 비해 무시할 수 이다.</li>
		<li>열 플럭스 충 동 시작 및 종료를 제어 하기 위해 열 플럭스 와이어 중 PC 제어 전기 스위치를 연결 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>IR 카메라 참고: 실험실에서 사용 하는 IR 카메라의 상세한 특성 Ferhstman3,4에서 볼 수 있습니다. 카메라를 PC에 연결 하 고 컴퓨터에 의해 제어.<ol>
<li>가능 하면 쉽게 테스트 섹션에 따라 다른 위치에 배치 하는 카메라의 3 차원 움직임을 사용 하는 레일의 집합에 IR 카메라를 연결 합니다.</li>
		<li>IR 카메라를 켜고 어떤 측정을 수행 하기 전에 몇 분, 내부 센서 필요한 온도를 아래로 냉각 하는 데 시간이 걸릴.</li>
		<li>IR 카메라를 초점을 맞추고 수 있도록 카메라의 초점 거리 표면에서 몇 센티미터를 놓습니다. 참고: 카메라 해상도 따라 측정 영역은 단일 픽셀 보다 작은 하지 해야 합니다. 그것은 표면적 측정 픽셀 수의 구성 하는 것이 좋습니다.</li>
		<li>IR 카메라의 초점을 설정 합니다.</li>
		<li>IR 카메라 캘리브레이션 과정:<ol>
<li>열 정상 상태에 도달할 때까지, 즉 호 기록 일정 온도에 열전대 배치 면 1.2 및 대기에 명시 된 대로 열 플럭스를 적용 합니다. 열전대와 실험 시설 주변 온도 측정 합니다. 참고: 이 온도 표면의 반사 온도으로 사용 됩니다. 표면 방사 율의 높은 가치에 대 한이 매개 변수는 거의 무시할 수 있습니다.</li>
			<li>주위 온도 반사 온도의 IR 카메라의 매개 변수를 입력 합니다.</li>
			<li>호 일에 각 창에 대 한 윈도우의 열전대의 녹음 IR 카메라에 의해 기록 된 온도 비교 합니다. IR 카메라의 온도 기록은 열전대에 의해 기록 된 온도 IR 카메라의 방사 속성을 조정 합니다. 참고: 이것은 여러 열 플럭스 값; 행 해질 수 있다 그러나,는 방사 율이 상대적으로 낮은 온도 범위에서 구분 하지 않습니다. 실험 기록에서 방사 율의 평균 가치는 0.98 이었다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. 테일러 거품 변환 속도의 길이 측정
<ol><li>
광 조사 참고: 광학 프로브 레이저 광원 등는 포토 다이오드. 파이프의 전체 횡단면 물 포함, 레이저 광선은 종료 회로 일으키는 포토 다이오드에서 지적 했다. 레이저 빔 공기 방울이 안타, 광다이오드에서 nudged 하 고 회로 엽니다. 따라서, 이진 신호 얻어진 다 광학 프로브 또는 액체 슬러그의 공기 방울이 앞 인지를 나타내는.<ol>
<li>A/D 카드에 센서를 연결 하려면 다음과 같은 회로 (그림 3)을 빌드하십시오.</li>
		<li>켭니다 레이저, 다이오드에서 포인트. A/D 소프트웨어 회로의 디지털 입력을 확인 합니다. 레이저 다이오드 안타, 다음 회로 닫히고 긍정적인 신호 표시 되어야 합니다. 참고: 다이오드 레이저의 파장 출력에 민감한 있는지 확인 합니다. 광학 센서의 데이터는 1 kHz의 속도로 기록 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 실험 절차
<ol><li>플랜지 또는 파이프 기록에 의해 실험 시설 테스트 섹션을 연결 합니다.</li>
	<li>전원 및 모든 컴퓨터 온도 레코더에 열전대를 난방 전기 와이어를 연결 합니다.</li>
	<li>원하는 위치에서 테스트 섹션 앞 IR 카메라를 배치 합니다.</li>
	<li>카메라는 호 일;에 초점을 맞춘 ㄴ 다는 것을 확인합니다 이에 열 플럭스와 할 쉽습니다.</li>
	<li>열 유 속 (1.2)를 적용 하 고 IR 카메라 캘리브레이션 프로세스 (1.3.5) 수행.</li>
	<li>장소 광 2 프로브 테스트 파이프를 따라 참고: 만약에 가능 하다 면, IR 카메라;의 위치에 한 광학 프로브를 배치 이 온도 측정, 거품의 위치 간 동기화를 거품은 IR 카메라를 볼 수 있습니다. 만약 가능 하지 않은 시간에 결과 따라 교대 해야 거품 속도와 적외선 카메라와 광학 프로브 사이의 거리.<ol>
<li>레이저 빔 실제로 다이오드 안타 고 긍정적인 독서를 생성을 확인 하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>물 펌프를 켜고 원하는 유량을 설정. 전원의 전류를 조정 하 여 열 플럭스를 적용 합니다.</li>
	<li>정상 상태 온도 얻을 때까지 기다립니다. 단일 단계 파이프 흐름의 벽 온도 기록 하는 컴퓨터 프로그램을 실행 합니다. 참고: 대류 열 전달 계수에 테일러 거품의 효과 분리 하려면 먼저 2 단계 실험에서 한 동일한 흐름 속도 열 유 속에서 단일 단계 흐름에 대류 열 전달 계수 측정 필수적 이다. 각 개별 이벤트 하기 전에 이것을 수행 하는 것이 좋습니다.</li>
	<li>거품 주입을 제어 하는 컴퓨터 프로그램을 실행 합니다. 참고: 이 프로그램 한다 먼저 단일 테일러 거품 주입 및 동시에 적외선 카메라를 사용 하 여 벽 온도 측정 그리고 두 광학 프로브 바이너리 신호를 기록. 이 두 측정 녹음 사이 추가 시간 교대를 피하기 위해 동기화 해야 합니다.</li>
	<li>실행 되도록 시스템 초기 조건에 다시 설정된 충분 한 시간 지연 사이 즉 벽 온도 초기 단상 정상 상태 값을 반환 합니다. 참고: 그것은 가능한 벽 온도 단상 정상 상태 흐름의 경우 높은 열 유 속에 지속적으로 증가할 것 이다. 이 열 플럭스를 폐쇄 하 고 실험에서 휴식을 취하 하 여 피해 야 한다.</li>
</ol>4입니다. 데이터 처리
<ol><li>식 1에 따라 단상 안정 상태 조건에 대 한 열 전달 계수를 계산 합니다. 참고: 이 계수는 시간 무관 합니다. 그것은 속에서 정상화 요인으로 사용 됩니다.<ol>
<li>각 개별 이벤트 기록 주어진 조건, 테일러 거품의 길이 계산 하 고 나누어 변환 속도 광학 사이의 거리 프로브, L, 팁 도착의 시간 기간 간격으로 시간을 각 광 센서:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> , tl 1 와 tL2 있는 위 광 센서에 거품 팁 도착의 시간 각각.</li>
		<li>테일러 거품의 변환 속도 사용 하 여 광학 프로브 중의 개방 회로의 기간을 곱하여 거품을 계산.</li>
	</ol>
</li>
	<li>2 단계 흐름에 대 한 즉각적인 지역 열 전달 계수를 계산 다음과 같이 수행 합니다: 참고: 비록 전체 실험 과정, 전산화 테일러 거품의 변환 속도 정확 하 게 각 실험 실행에 일정 남아 있지 않습니다. 따라서, 인스턴트는 거품 측정 포인트에 도달 하면 다릅니다. 광학 감지기 및 IR 카메라는 다른 프레임 속도, 1000 및 30 Hz 각각.<ol>
<li>IR 카메라, 기록 거품 팁 도착 즉시 근처 광학 프로브를 사용 하 여.</li>
		<li>이 트리거 신호는 IR 카메라 녹화 시간 참조를 제공합니다. 참고: 앙상블 평균 프로세스 측정 지점, z, 거품 아래에서 거리의 기능으로 대류 열 전달 계수를 얻을 하는 데 필요한 어디 z= 0 거품 하단에 해당. 이 매개 변수는 파이프 직경 D에 의해 정규화 해야 합니다.</li>
		<li>Z/D에 대 한 해상도 설정 합니다. (동일한 조건 하에 해당) 각 개별 이벤트에 대 한 모든 기록 된 데이터 값 된 공간 해상도 범위 내 고 거품에서 그 거리에서 벽 온도의 단일 대표 값을 얻기 위해 평균 한다 하단입니다. 참고: 이 공간 해상도 테일러 거품의 변환 속도 IR 카메라의 기록 주파수에 따라 결정 되어야 한다. 이 연구에서 그것은 0.15-0.3 사이 찍은.</li>
		<li>식 1을 사용 하 여 거품 팁/하단에서 거리의 함수로 서 열 전달 계수를 계산 합니다.</li>
		<li>단일 상수 계수에 의해 2 단계 지역 즉각적인 열 전달 계수를 정상화. 참고: 이 비율은 단일 단계 흐름에 비해 거품 통로 인 대류 열 전송 속도 개선을 나타냅니다.</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>

실험 조사 지역 열 전달 과도 파이프 흐름에서의 복잡 한 작업을 사용자 실험 시설 뿐만 아니라 고급 측정 계기와 방법, 특히, 필요로 하는 특수 설계 된 테스트 섹션입니다. 현재 프로토콜 표시 thermography 기술을 충실 하 게 벽 온도 열 전송 속도 흐름 유체역학에 있는 변이 때문에 빨리 시간적 변화를 측정 합니다.
테스트 섹션의 제조 공정에 대 한 자세한 설명이 제공 됩니다. 시설의 준비에서 중요 한 단계는 얇은 스테인리스 포 일에 의해 파이프 벽의 일부를 대체 하 고. 호 일; 전기 전류에 의해가 열 그 안쪽에는 시간의 흐름 필드 외부 측면 따라서 즉석 호 일 온도에 어떤 변화를 감지 하는 적외선 카메라에 의해 촬영 하는 동안 있습니다. 포 일의 시간 응답을이 기술에 대 한 유일한 제한은 구성합니다. 자료 및 포 일의 두께 고려 하는 현상의 특성 시간에 비해 충분히 빠른 시간 응답 되도록 선정 되어야 한다.
적용 하는...

대류 열 전달, 다른 기술을 사용 하 여 벽 또는 흐름 구성, 다양 한 유체 온도 측정의 수많은 실험 연구는 마지막 십 년간 동안 수행 되었습니다. 정한 프로세스에서 온도 측정의 정확도 제한 하는 요인 중 하나는 센서의 느린 응답 이다. 측정 장비 표면 온도 기록 시간에 따른 흐름 열 평형에 있다 하는 동안, 빨리 응답 했다 로컬 순간 벽 온도 기록. 따라서, 표면의 열 관성은 충분히 작은 되어야 합니다. 관련 된 시간의 척도 대류 열 전달에 변화를 일으키는 원인이 되는 유체역학 현상에 의해 결정 됩니다. 빠른 시간 응답은 따라서 일시적 흐름에 시간에 따른 온도 기록에 대 한 중요 합니다.
이러한 요구 사항에 맞게, IR 카메라는 흐름에서 어떤 변화에 빠른 온도 응답을 허용 하는 특별 한 자체 제조 테스트 섹션을 기록 하는 데 사용 됩니다. 파이프 벽의 일부를 잘라 이며 얇은 스테인리스 스틸 호 일 대체. 이와 유사한 방법이 Hetsroni 그 외 여러분 에 의해 사용 되었다 그러나 1,, 그들이 사용 하는 포 일 너무 두꺼운 했다 순간 온도 변화를 정확 하 게 측정 하 고 시간 평균 온도 제시 했다. 호 일 두께 감소 시간 응답 상당히 향상. 2 이 방법은 2 단계 흐름3,4 대류 열 전달 계수 및 단상 파이프 흐름5과도 현상을 측정 하는 실험실에서 적용 되었다.
2 단계 흐름 시설 구조 레이아웃은 그림 1에 주어 집니다, 독특한 공기 유입 장치에 대 한 추가 정보에서에서 찾을 수 있습니다 Babin 외. 3
2 단계 흐름에 대류 열 전달의 일시적인 흐름 동작 및 파이프 횡단면에서 void 분수의 효과 매우 복잡 하다. 따라서, 많은 연구만 제시 주어진된 흐름 정권에 대 한 평균 대류 열 전달 계수는 특정 조건6,7,8,,910 의 기능으로 , 그러나 11.도 넬리 외. 여 서류 12 와 리 우 외. 13 2 단계 지역 대류 열 전달 연구의 예를 나타냅니다.
현재 연구는 단일 길쭉한 (테일러) 거품 정체에 주입 또는 흐르는 액체를 파이프에 주위 열 전송 측정 다룹니다. 테일러 거품 상수 변환 속도14,,1516에 전파합니다. 거품 전파 속도 레이저 광원의 포토 다이오드3,4로 구성 된 광학 조사 방법을 사용 하 여 결정 됩니다.
광학 프로브와 IR 카메라의 조합은 테일러 거품 상단 또는 하단에서 거리의 기능으로 로컬 순간 대류 열 전달의 측정을 허용 한다.
순간 벽 온도 대류 열 전달 계수, h, Nusselt 수를 계산에 사용할 수 있습니다.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">(1)
q 는 호 일 Tw 를 열 플럭스와 T∞ 는 벽 온도 입구 수 온 각각 k 액체 전도도 이며 D 는 파이프 직경. 일반적으로 열 전달 계수를 결정 하는 데 사용 되는 대량 온도 하지 도입 흐름에 어떤 방해를 피하기 위하여 측정 되었다.

<table><tbody><tr><td>적외선 카메라</td><td>Optris</td><td>PI-1450</td><td></td></tr><tr><td>열전대 A/D 카드&nbsp;</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>NI cDAQ-9714.</td><td></td></tr><tr><td>Labview 프로그램</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>에폭시 DP-460</td><td>3M 스카치 용접</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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

이 원고에서는 투명 파이프는 액체 흐름 속도의 기능으로 로컬 즉각적인 열 전달 계수를 측정 하도록 설계 된 테스트 섹션의 제조 과정의 단계적으로 설명 합니다. 특정 수정 접근 가스-액체 흐름, 열 전달 향상에 단일 길쭉한 (테일러) 공기 거품의 영향에 특정 한 강조와 함께 확장 됩니다. 비-침략 적 thermography 기술은 얇은 금속 포 일 전기 온수의 순간 온도 측정에 적용 됩니다. 호 일은 파이프에서 잘라 좁은 슬롯 커버에 붙어 됩니다. 포 일의 열 관성은 즉각적인 호 일 온도 변화를 감지 하. 테스트 섹션 파이프를 따라 이동 될 수 있다 고 성장 열 경계 층의 상당 부분을 충당 하기 위해 충분히.
각 실험 실행의 시작 부분에 호 일 하는 지속적인 물 흐름 속도 열 플럭스와 정상 상태 얻을 하 고 참조로 제공. 테일러 거품 다음 파이프에 주입 됩니다. 테일러 거품 수직 파이프에서 전파의 통로 인 열 전달 계수 유사 이동 테일러 거품의 하단에서 측정 포인트의 거리의 기능으로 측정 된다. 따라서, 결과 로컬 열 전달 계수를 나타냅니다. 여러 독립 실행 동일한 조건 하에서 preformed 과도 대류 열 전달에 신뢰할 수 있는 앙상블 평균 결과 계산 하기 위해 충분 한 데이터를 축적 수 있습니다. 기준 틀 이동 하는 거품에 이것을 수행 하기 위해 파이프를 따라 거품의 위치에 항상 있다. 광 조사에 의해 테일러 거품의 변환 속도의 측정 길이 대 한 자세한 설명을 제공 됩니다.

광학 센서의 예 출력 레코드 정체 하는 물으로 가득 수직 파이프에서 상승 한 테일러 거품에 대 한 그림 4 에 표시 됩니다. 초기 큰 드롭 나타냅니다 테일러 거품 팁으로 인해 회로의 개방, 나중 하면서 많은 짧은 방울 길쭉한 거품 꼬리의 통과 인해 초기 값 상승에 따라 대표 액체에 분산 된 거품 뒤에 테일러 거품이 있다. 두 개의 광학 감지기의 출력 사이 시간 이동은 분명 그리고 파이프를 따라 두 프로브 사이의 거리 때문 이다. 이 실험에서 프로브는 0.09 m. 식 3 결과 Ut에 의해 변환 속도 계산 하 여 공간 = 0.23 m/s; 두 미 트레스 쿠13 정체 물 수직 파이프에서 전파 테일러 거품에 대 한 계약: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq3.jpg"><b...

이 원고에는 단일 또는 2 단계 파이프 흐름에서 로컬 순간 대류 열 전달 계수를 측정 하기 위한 방법을 설명 합니다. 길이 일정 한 속도로 이동 하는 길쭉한 (테일러) 공기 거품의 전파 속도 결정 하는 간단한 광학 방법 또한 제공 됩니다.

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

이 실험 절차의 전반적인 목표는 단상 또는 2상 파이프 흐름에서 국소 순간 대류 열 전달 계수를 정확하게 측정하기 위해 잘 설계된 테스트 섹션을 활용하는 서모그래피 기술을 제시하는 것입니다. 이 방법은 단상 및 다상 흐름에서 과도 대류 열 전달에 대한 주요 미해결 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 비침습적이며 시간 의존적 흐름으로 인한 벽 온도의 빠른 변화를 측정할 수 있다는 것입니다.이 절차를 시연하는 것은 우리 실험실의 기술자인 Avram Balas와 Yakov Levi입니다. 길이가 70cm 이상인 파이프 세그먼트로 시작합니다. 직경과 벽 두께는 실험 시설의 파이프와 일치해야 합니다.파이프를 따라 인접한 4 개의 좁은 창을 밀링합니다. 각 창의 너비는 6mm, 길이는 80mm입니다. 창문 사이의 간격은 25mm입니다.다음으로 12마이크로미터 두께의 스테인리스 스틸 호일을 가져와 길고 얇은 스트립을 자릅니다. 가열 와이어를 용접하는 데 도움이 되도록 스트립은 스트립의 각 끝 근처에 금으로 코팅되어 있습니다. 미터로 호일의 전기 저항을 측정하여 계속합니다.이제 파이프에 맞는 단단한 튜브를 구하십시오. 튜브 외경은 파이프의 내경과 같아야 합니다. 단단한 튜브의 긴 부분을 잘라내어 아치를 만듭니다.이 긴 아치는 기본이 파이프에 맞고 호일을 지지하고 보호합니다. 테스트 섹션에 호일을 넣으려면 나중에 호일을 분리하는 데 도움이 되도록 베이스에 그리스를 코팅하십시오. 그런 다음 호일을 기초에 놓고 테스트 섹션으로 옮깁니다.호일을 평평하게 펴고 천과 알코올을 사용하여 과도한 기름을 청소합니다. 다음으로 호일 주변에 접착제를 바르면 파이프에 부착됩니다. 또한 파이프의 창 사이의 다리에 해당하는 영역을 식별하고 접착제를 바르십시오.준비가 되면 기초의 방향을 지정하여 호일이 테스트 섹션 창과 같은 방향을 향하도록 합니다. 그런 다음 테스트 섹션에 기초를 조심스럽게 삽입하십시오. 호일이 창문과 정렬되어 있는지 확인하십시오.각 금색 줄무늬가 외부 창의 가장자리에 있는지 확인합니다. 호일이 제자리에 놓이면 파이프의 각 끝에 기초를 고정합니다. 다음으로 파이프에 맞도록 접힌 자전거 내부 튜브를 구합니다.기초 아래의 파이프에 튜브를 조심스럽게 삽입하십시오. 완료되면 타이어에 공기를 주입하십시오. 타이어가 팽창함에 따라 접착제가 호일을 가로질러 퍼지고 베이스에 도달하는 것을 관찰하십시오.천을 사용하여 창 개구부에 있는 과도한 접착제를 제거합니다. 24시간 건조 후 타이어의 공기를 빼고 빼냅니다. 기초와 파이프를 함께 고정하는 클램프를 엽니다.기저의 각 끝을 테스트하여 어느 쪽이 더 쉽게 분리할 수 있는지 결정합니다. 그런 다음 긴 롤러를 사용하고 더 쉬운 끝에서 시작하십시오. 베이스와 파이프 사이에 롤러를 놓고 전체 베이스가 분리될 때까지 파이프로 천천히 이동합니다.호일은 파이프 내부에서 손상되지 않은 상태로 유지되어야 합니다. 씰을 테스트하기 위해 파이프의 한쪽 끝을 닫습니다. 그런 다음 파이프에 물을 채우고 누수가 있는지 확인하십시오.파이프의 차단을 해제하고 내부를 청소한 후 계속하십시오. 전기 가열선을 호일의 황금색 스트립에 연결합니다. 또한 T-Type 열전대를 각 창의 하단에 연결합니다.마지막으로 호일의 바깥쪽을 검은색 매트로 스프레이 페인트합니다. 이제 실험 시설에 테스트 섹션을 놓습니다. 파이프를 플랜지로 연결하십시오.계속하기 전에 시스템에 물을 채우십시오. 제어 및 데이터 수집을 위한 컴퓨터 설정으로 이동합니다. 그런 다음 호일의 가열선을 DC 전원 공급 장치에 연결합니다.다음으로, 테스트 섹션의 창에 컴퓨터로 제어되는 적외선 카메라를 놓습니다. 보정을 위해 테스트 섹션 표면에서 몇 센티미터 떨어진 곳에 배치하십시오. 실험 근처에 열전대를 대고 주변 온도를 측정합니다.그런 다음 테스트 섹션의 창에 카메라 초점을 맞춰 온도를 측정합니다. IR 카메라의 방사율을 조정하여 카메라와 파이프 창의 열전대가 측정한 온도가 일치하도록 합니다. 카메라를 설정한 상태에서 광학 프로브를 준비합니다.각 프로브는 레이저와 포토다이오드로 구성되며, 이는 데이터 수집 컴퓨터에 연결됩니다. 레이저를 켜고 빔이 다이오드를 가리키도록 합니다. 컴퓨터가 양의 신호를 기록하는지 확인하십시오.이제 물로 채워진 테스트 파이프를 따라 광학 프로브를 놓습니다. 최종 설정은 이 회로도에 표시되어 있습니다. 측정 섹션은 일반 설정에 추가됩니다.카메라는 카메라, 열전대 및 광학 프로브에서 데이터를 수집하는 것 외에도 기포 주입 및 벽 온도 측정과 카메라와의 동기화를 제어합니다. 이제 실험에 대해 원하는 조건을 설정하고 단상 파이프 유량 기준 측정을 수행합니다. 그런 다음 2단계 유량 측정을 위해 설정에 Taylor 버블을 주입합니다.이것은 정체된 물로 채워진 수직 파이프에서 상승하는 단일 Taylor 거품에 대한 광학 센서 출력의 예입니다. 초기 강하는 Taylor 버블 팁으로 인한 센서 회로 개방을 나타냅니다. 상승은 거품이 지나간다는 것을 나타냅니다.나중에 더 짧은 방울은 테일러 거품 뒤에 있는 액체 후류의 거품을 나타냅니다. 하단 곡선에 있는 특징의 지연은 센서가 다른 위치에 있기 때문입니다. 이 플롯은 수직 파이프의 정체된 물에서 상승하는 단일 테일러 버블의 통과로 인한 국소 대류 열 전달 계수의 앙상블 평균 결과를 나타냅니다.2상 흐름 대류 계수 결과는 단상 흐름 계수에 의해 정규화됩니다. 테일러 버블과의 참조 프레임에서 움직이는 버블 테일로부터의 거리는 파이프 지름에 의해 정규화됩니다. 이 비디오는 국부적 순간 열 전달과 슬러그 흐름의 측정값을 제시했습니다.이 방법은 열 전달에 대한 정보를 제공하고 단계 단상 흐름뿐만 아니라 더 복잡한 2상 흐름에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 일단 마스터하면 테스트 파이프의 제조를 몇 시간 안에 완료할 수 있습니다. 일시적인 흐름에서 이 절차를 시도하는 동안 나중에 조립 평균 프로세스에 사용할 수 있는 반복 결과를 보장하기 위해 전체 프로세스를 자동화하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.이 비디오를 시청한 후에는 파이프 흐름의 대류 열 전달을 정량적으로 조사할 수 있는 열 전달 테스트 파이프를 제조하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 대류 열전달 측정 기법은 광학 프롬프트 및 고속 카메라와 같은 보조 장비를 사용하여 많은 유량 구성으로 확장될 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우리는 마이크로 열전대를 사용하여 정상 층류 경계층 확산 화염에서 국부 온도 구배를 추정하는 방법을 설명합니다. 레이놀즈 비유(Reynolds Analogy)를 확장하면 국소 온도 구배를 추가로 사용하여 이러한 화염의 국소 질량 연소 속도와 열 플럭스를 높은 정확도로 추정할 수 있습니다.

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평​​가에 대한 실험 방법론

풀 비등 열전달 실험 열 전달 계수 (HTC)의 혼합 수화제 패턴의 영향을 관찰하기 위해 수행되었다. 조사의 매개 변수는 interlines 수 및 습윤 표면 개질의 패턴 방향이다.

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박막의 확산 그라데이션 (DGT)의 기술은 플루토늄의 분화 연구에 대한 제안한다. 이 프로토콜은 유기물의 존재 하에서 우레탄 (IV) 및 우레탄 (V)의 동작을 프로빙 확산 실험을 설명한다. 카르스트 봄에 배치 DGTs는 푸의 생체 이용률의 평가를 할 수 있습니다.

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여기, 우리 현장에서 측정 토양 탄소 단일 지점 측정 (정적 모드)에 대 한 중성자-감마 기법을 사용 하 여 프로토콜을 제시 또는 필드 평균 (스캐닝 모드). 우리는 또한 시스템 구축 기술 및 정교한 데이터 처리 절차.

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학습하세요 단상 및 이상 유동 파이프에서 열전달 계수를 측정하는 열화상 기법을. 비침습적 방법으로 벽 온도의 급격한 변화를 포착하여 유체 역학 연구에 활용할 수 있습니다.

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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