Summary
यह पांडुलिपि एक या दो चरण पाइप प्रवाह में स्थानीय तात्कालिक संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक को मापने के उद्देश्य से तरीकों का वर्णन करता है । एक सरल ऑप्टिकल विधि लंबाई और एक निरंतर वेग से बढ़ एक लंबी (टेलर) हवा बुलबुला के प्रसार वेग निर्धारित करने के लिए भी प्रस्तुत किया जाता है ।
Abstract
इस पांडुलिपि एक परीक्षण के लिए एक पारदर्शी पाइप में तरल प्रवाह दर के एक समारोह के रूप में स्थानीय तात्कालिक गर्मी हस्तांतरण गुणांक को मापने के लिए डिज़ाइन अनुभाग के निर्माण की प्रक्रिया के कदम विवरण द्वारा कदम प्रदान करता है । कुछ संशोधनों के साथ, दृष्टिकोण गैस तरल प्रवाह के लिए विस्तारित है, गर्मी हस्तांतरण बढ़ाने पर एक एकल लंबी (टेलर) हवा बुलबुला के प्रभाव पर एक विशेष जोर के साथ । एक गैर इनवेसिव थर्मोग्राफी तकनीक एक पतली धातु विद्युत गर्म पंनी के तात्कालिक तापमान को मापने के लिए लागू किया जाता है । पन्ना पाइप में एक संकीर्ण स्लॉट कट कवर करने के लिए चिपके है । पन्ना की तापीय जड़ता काफी छोटी है तात्कालिक पन्ना तापमान में भिन्नता का पता लगाने के लिए. परीक्षण अनुभाग पाइप के साथ ले जाया जा सकता है और लंबे समय से बढ़ थर्मल सीमा परत का एक काफी हिस्सा कवर करने के लिए पर्याप्त है ।
प्रत्येक प्रयोगात्मक चलाने की शुरुआत में, एक निरंतर जल प्रवाह की दर और पंनी के लिए गर्मी फ्लक्स के साथ एक स्थिर राज्य प्राप्त है और संदर्भ के रूप में कार्य करता है । इसके बाद टेलर बबल को पाइप में इंजेक्ट कर रहा है । गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक टेलर बुलबुला एक ऊर्ध्वाधर पाइप में प्रचार के पारित होने के कारण रूपांतरों चलती टेलर बुलबुले के नीचे से मापने बिंदु की दूरी के समारोह के रूप में मापा जाता है । इस प्रकार, परिणाम स्थानीय हीट स्थानांतरण गुणांक का प्रतिनिधित्व करते हैं । एकाधिक स्वतंत्र समान शर्तों के तहत बनाए गए रन पर्याप्त डेटा संचित परिवर्तनीय संवहनी गर्मी हस्तांतरण पर विश्वसनीय पहनावा-औसत परिणाम की गणना करने के लिए अनुमति देते हैं । आदेश में इस बुलबुले के साथ चलती संदर्भ के एक फ्रेम में प्रदर्शन करने के लिए, पाइप के साथ बुलबुला के स्थान पर हर समय जाना जाता है । लंबाई और ऑप्टिकल जांच द्वारा टेलर बुलबुले के शोधों वेग की माप का विस्तृत विवरण प्रस्तुत किया गया है ।
Introduction
संवहनी गर्मी हस्तांतरण के कई प्रयोगात्मक अध्ययन, प्रवाह विन्यास की एक किस्म में दीवार और/या तरल पदार्थ के तापमान को मापने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग कर, पिछले दशकों के दौरान प्रदर्शन किया गया है । एक कारक है कि स्थिर प्रक्रियाओं में तापमान माप की सटीकता की सीमा सेंसर की धीमी प्रतिक्रिया है । स्थानीय तात्कालिक दीवार तापमान रिकॉर्ड करने के लिए, मापने के उपकरण के लिए पर्याप्त तेजी से जवाब है, जबकि सतह जिस पर तापमान दर्ज की गई है समय पर निर्भर प्रवाह के साथ थर्मल संतुलन में होना है । इस प्रकार, सतह की तापीय जड़ता को पर्याप्त रूप से छोटा करना पड़ता है । प्रासंगिक समय तराजू hydrodynamic घटनाएं है कि संवहनी गर्मी हस्तांतरण में परिवर्तन के कारण द्वारा निर्धारित कर रहे हैं । तेजी से समय प्रतिक्रिया क्षणिक प्रवाह में समय पर निर्भर तापमान रिकॉर्डिंग के लिए इस प्रकार महत्वपूर्ण है ।
इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, एक IR कैमरा एक विशेष आत्म निर्मित परीक्षण अनुभाग है कि प्रवाह में किसी भी परिवर्तन के लिए एक तेजी से तापमान प्रतिक्रिया की अनुमति देता है रिकॉर्ड करने के लिए प्रयोग किया जाता है । पाइप दीवार का एक हिस्सा काट दिया है और एक पतली स्टेनलेस स्टील पंनी के साथ प्रतिस्थापित । एक समान दृष्टिकोण Hetsroni एट अल द्वारा इस्तेमाल किया गया था । 1, तथापि, वे इस्तेमाल किया पंनी भी सही तात्कालिक तापमान और केवल समय औसत तापमान के परिवर्तन को मापने के लिए प्रस्तुत किए गए थे मोटी थी । पंनी मोटाई कम समय प्रतिक्रिया में काफी सुधार हुआ । 2 इस विधि दो चरण प्रवाह3,4 और एकल चरण पाइप प्रवाह5में क्षणिक घटना में संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक को मापने के लिए प्रयोगशाला में लागू किया गया था ।
दो चरण प्रवाह सुविधा का एक योजनाबद्ध लेआउट चित्रा 1में दिया जाता है, अद्वितीय हवा प्रवेश डिवाइस पर अतिरिक्त जानकारी बाबिन एट अल में पाया जा सकता है । 3
दो चरण के प्रवाह में संवहनी गर्मी हस्तांतरण की जांच बहुत जटिल है क्षणिक प्रवाह व्यवहार और पाइप पार खंड में शूंय अंश के प्रभाव के कारण । इसलिए, कई अध्ययनों से ही विशिष्ट प्रवाह की स्थिति6,7,8,9,10 के एक समारोह के रूप में एक दिया प्रवाह शासन के लिए एक औसत संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रस्तुत किया है , 11. हालांकि, Donnelly एट अल द्वारा कागजात । 12 और लियू एट अल. 13 दो चरण के स्थानीय संवहनी गर्मी हस्तांतरण अध्ययन के उदाहरण का प्रतिनिधित्व करते हैं ।
एक ही लंबी (टेलर) बुलबुला एक पाइप में स्थिर या बह तरल में इंजेक्शन के आसपास गर्मी हस्तांतरण माप के साथ वर्तमान अध्ययन सौदों । टेलर बुलबुला एक निरंतर शोधों वेग14,15,16में प्रचार करती है । बुलबुला प्रसार वेग ऑप्टिकल जांच विधि एक लेज़र प्रकाश स्रोत और photodiode3,4से मिलकर का उपयोग कर निर्धारित किया जाता है ।
IR कैमरा और ऑप्टिकल जांच के संयोजन या तो टेलर बुलबुला ऊपर या नीचे से दूरी के एक समारोह के रूप में स्थानीय तात्कालिक संवहनी गर्मी हस्तांतरण के माप की अनुमति देता है ।
तात्कालिक दीवार तापमान संवहनी हीट ट्रांसफर गुणांक, ज, और Nusselt संख्या की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है:
, (१)
जहां क्यू पंनी के लिए गर्मी प्रवाह है, टीडब्ल्यू और टी∞ दीवार का तापमान और प्रवेश पानी के तापमान क्रमशः रहे हैं, कश्मीर तरल चालकता है और D पाइप व्यास है । थोक तापमान जो आमतौर पर गर्मी हस्तांतरण गुणांक का निर्धारण करने के लिए प्रयोग किया जाता है मापा नहीं था ताकि प्रवाह के लिए कोई हस्तक्षेप शुरू करने से बचने के लिए ।
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Protocol
1. तात्कालिक तापमान की माप के लिए परीक्षण अनुभाग
- परीक्षण खंड की निर्माण प्रक्रिया (चित्रा 2)
- एक पाइप के एक खंड में कटौती से कम ७० सेमी लंबा ।
नोट: परीक्षण खंड के व्यास और दीवार मोटाई प्रयोगात्मक सुविधा में इस्तेमाल पाइप के समान होना चाहिए । - एक मिलिंग मशीन का उपयोग करने के लिए परीक्षण खंड में पाइप के साथ 4 आसंन संकीर्ण खिड़कियां काट, प्रत्येक विंडो 6 मिमी चौड़ा और ८० मिमी लंबी खिड़कियों के बीच एक 25 मिमी के अंतर के साथ लंबे समय है ।
- एक 12 µm पतली स्टेनलेस स्टील पंनी से, 40-60 cmlong और 12 मिमी चौड़ी स्ट्रिप्स काटा ।
नोट: पन्ना में खिड़कियों को सील कर टेस्ट पाइप का इस्तेमाल किया जाएगा । स्टेनलेस स्टील दो सोने की धारियों है कि पंनी के सिरों से एक छोटी सी दूरी के निशान के साथ लेपित किया जाना चाहिए और करने के लिए बिजली की आपूर्ति तारों को पंनी गर्मी वेल्ड किया जा करने के लिए, चित्रा 2देखें । - एक ohmmeter का उपयोग कर पंनी विद्युत प्रतिरोध को मापने ।
- नीचे वर्णित चरणों के बाद पाइप के भीतर पन्ना रखें ।
- परीक्षण पाइप भीतरी व्यास की है कि बराबर एक बाहरी व्यास के साथ एक कठोर ट्यूब से बना परीक्षा अनुभाग में पन्ना डालने के लिए एक आधार बनाएँ. यह अंत करने के लिए, एक 20 मिमी चौड़ा और पाइप दीवार के बारे में ८० सेमी लंबे हिस्से में कटौती
- कोट उस पर पन्ना रखने से पहले तेल के साथ आधार, एक बाद में मंच पर पंनी से आधार तोड अनुमति देते हैं ।
- इसके आधार पर पन्ना लगाएं और उसे समतल करें । शराब के साथ एक कपड़ा ले लो और किसी भी अतिरिक्त तेल से पंनी साफ ।
- पंनी परिधि पर चिपकने वाले और लगातार खिड़कियों के बीच पुलों के स्थान के लिए इसी पंनी के तीन क्षेत्रों पर लागू होते हैं ।
नोट: चिपकने वाला एक प्रारंभिक कठोर अवधि के साथ मजबूत होना करने के लिए है, ताकि पन्नी लगाव प्रक्रिया के लिए पर्याप्त समय सुनिश्चित करने के लिए कम से 20 मिनट; epoxy डीपी ४६० प्रयोग किया जाता है । - ध्यान से परीक्षण अनुभाग में पन्नी के साथ आधार सम्मिलित पंनी के साथ खिड़कियों की ओर ऊपर का सामना करना पड़.
नोट: यह प्रक्रिया दो लोगों द्वारा किया जाना चाहिए । - सुनिश्चित करें कि पंनी खिड़कियों के साथ गठबंधन किया है, सोने की धारियों दो बाहरी खिड़कियों के किनारे पर होना चाहिए । एक बार पंनी ठीक से रखा है और खिड़कियों को शामिल किया गया है, एक क्लैंप का उपयोग करके प्रत्येक के अंत में परीक्षण पाइप के आधार लिंक ।
- ध्यान से आधार के तहत पाइप में एक तह साइकिल भीतरी टायर डालने, तेल टायर अगर जरूरत है । टायर फुलाएं । के दौरान मुद्रास्फीति पंनी भर में फैल चिपकने और आधार तक पहुंचने का निरीक्षण ।
नोट: फुलाया टायर द्वारा लागू दबाव की गारंटी चाहिए कि चिपकने वाला पाइप भीतरी दीवार और पंनी टाई जाएगा । यह भी पाइप की वक्रता को पंनी आकार और पंनी या चिपकने के कारण प्रवाह के लिए किसी भी संभव हस्तक्षेप को कम करेगा । - एक कपड़े के साथ, किसी भी अतिरिक्त चिपकने वाला स्पष्ट है कि खिड़की के उद्घाटन तक पहुंच गया है ।
- चिपकने वाला सूखी 24 घंटे के लिए टायर खंडन करना, यह निकालने और clamps खोलने के लिए करते हैं ।
- निम्न चरणों में पन्नी और पाइप से आधार डिस्कनेक्ट करें:
- धीरे आधार के प्रत्येक छोर को छूने के लिए लगता है जो अंत को डिस्कनेक्ट आसान है और उस छोर से डिस्कनेक्ट करना शुरू करते हैं ।
- एक लंबे समय रोलर या एक समान वस्तु का प्रयोग करें मूल आधार धीरे से डिस्कनेक्ट करने के लिए, पाइप में धीरे कदम जब तक पूरे आधार काट दिया है और पंनी सुरक्षित पाइप पर नुकसान नहीं रहता है ।
नोट: इस प्रक्रिया को ध्यान से किया जाना चाहिए ताकि सील की रक्षा के लिए; यदि सील एक नई गर्मी हस्तांतरण परीक्षण पाइप इकाई बनाया जाना चाहिए बर्बाद कर दिया है । - जांच करें कि पाइप पाइप के एक छोर को बंद करने और पानी के साथ पाइप भरने से सील है ।
- पानी और साबुन के साथ पाइप के भीतर की ओर से अतिरिक्त तेल साफ ।
- पंनी पर सुनहरा धारियों को वेल्डिंग द्वारा विद्युत हीटिंग तारों से कनेक्ट करें ।
नोट: इन स्थानों पर पंनी की रक्षा के लिए, यह पहले पंनी के लिए एक छोटे कूपर चिप कड़ी और फिर यह तार वेल्ड करने के लिए सुझाव दिया है । - के साथ एक थर्मल चिपकने वाला एक टी-प्रकार thermocouple प्रत्येक विंडो के नीचे करने के लिए कनेक्ट करें । इन thermocouples बाद में IR कैमरा अंशांकन प्रक्रिया में इस्तेमाल किया जाएगा ।
नोट: thermocouples से तापमान रीडिंग दर्ज की गई है और एक एक का उपयोग कर एक पीसी द्वारा दर्ज/ - स्प्रे emissivity को अधिकतम करने के लिए एक काली चटाई स्प्रे के साथ पन्ना के बाहरी हिस्से को पेंट करें ।
- एक पाइप के एक खंड में कटौती से कम ७० सेमी लंबा ।
- पंनी के लिए गर्मी प्रवाह लागू
- एक डीसी बिजली की आपूर्ति के लिए पंनी के किनारे से विद्युत हीटिंग तारों कनेक्ट ।
- विद्युत करंट सेट करें तो पन्ना एक वांछित तापमान पर पहुंच जाएगा ।
नोट: ऐसे तापमान पर न पहुंचें जो पाइप को ख़राब कर सके । के लिए सामिल सीमा के बारे में ४५ ° c है । हालांकि, यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त पन्नी गर्मी सुनिश्चित करें कि पन्ना का तापमान प्रवेश पानी के तापमान पर कम से कुछ डिग्री रहता है, यहां तक कि कूलिंग प्रवाह में अपेक्षित परिवर्तन की वजह से राज्य के दौरान । - गर्मी प्रवाह की गणना लागू क्यू = मैं2आर जहां मैं वर्तमान लागू है और आर है पंनी विद्युत प्रतिरोध है ।
नोट: है पंनी बाहरी पक्ष है कि हवा के लिए खुला है से गर्मी हस्तांतरण पाइप के अंदर पानी के लिए गर्मी हस्तांतरण की तुलना में नगण्य है2। - गर्मी प्रवाह आवेगी दीक्षा और बंद को नियंत्रित करने के क्रम में गर्मी प्रवाह तारों में से एक के लिए एक पीसी नियंत्रणीय विद्युत स्विच कनेक्ट.
- IR कैमरा
नोट: प्रयोगशाला में इस्तेमाल किया IR कैमरा के विस्तृत विशेष Ferhstman3,4में देखा जा सकता है । कैमरा एक पीसी से जुड़ा है और एक कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित है ।- यदि संभव हो तो, IR कैमरा कनेक्ट करने के लिए रेल का एक सेट करने के लिए कैमरे के तीन आयामी आंदोलन को सक्षम करने के लिए आसानी से यह परीक्षण अनुभाग के साथ विभिंन पदों पर जगह है ।
- किसी भी माप आयोजित करने से पहले कुछ मिनट आईआर कैमरा चालू करें, आंतरिक सेंसरों आवश्यक तापमान को शांत करने के लिए समय लग ।
- IR कैमरे को ध्यान केंद्रित सक्षम करने के लिए कैमरे की फोकल दूरी के भीतर सतह से कुछ सेंटीमीटर रखें ।
नोट: कैमरे के समाधान के आधार पर सुनिश्चित करें कि क्षेत्र मापा एक एकल पिक्सेल से छोटा नहीं है । यह सतह क्षेत्र पिक्सल के एक नंबर से मिलकर मापा है करने के लिए बेहतर है । - IR कैमरे का फोकस सेट करें ।
- IR कैमरा अंशांकन प्रक्रिया:
- १.२ में कहा गया है के रूप में गर्मी प्रवाह लागू करें और एक थर्मल स्थिर राज्य तक पहुंच है, अर्थात् एक बार thermocouples पंनी रिकॉर्ड लगातार तापमान पर रखा । एक thermocouple के साथ प्रयोगात्मक सुविधा के आसपास के परिवेश के तापमान को मापने ।
नोट: इस तापमान का उपयोग सतह के परावर्तित तापमान के रूप में किया जाएगा । सतह emissivity के एक उच्च मूल्य के लिए, यह पैरामीटर लगभग नगण्य है । - प्रतिबिंबित तापमान के IR कैमरे के पैरामीटर के रूप में परिवेश के तापमान दर्ज करें ।
- पन्ना में प्रत्येक खिड़की के लिए, IR कैमरे द्वारा दर्ज की गई है कि खिड़की के thermocouple की रिकॉर्डिंग के तापमान की तुलना करें । ir कैमरे की emissivity संपत्ति को समायोजित जब तक ir कैमरे के तापमान रिकॉर्डिंग thermocouple द्वारा दर्ज तापमान के बराबर है ।
नोट: यह कई गर्मी प्रवाह मूल्यों के लिए किया जा सकता है; हालांकि, emissivity इस अपेक्षाकृत कम तापमान रेंज पर संवेदनशील नहीं है । प्रायोगिक रिकॉर्डिंग में, emissivity का औसत मूल्य ०.९८ था ।
- १.२ में कहा गया है के रूप में गर्मी प्रवाह लागू करें और एक थर्मल स्थिर राज्य तक पहुंच है, अर्थात् एक बार thermocouples पंनी रिकॉर्ड लगातार तापमान पर रखा । एक thermocouple के साथ प्रयोगात्मक सुविधा के आसपास के परिवेश के तापमान को मापने ।
2. टेलर बुलबुला शोधों वेग और इसकी लंबाई की माप
-
ऑप्टिकल जांच
नोट: ऑप्टिकल जांच एक लेजर प्रकाश स्रोत और एक photodiode भी शामिल है । जब पाइप के पूरे क्रॉस सेक्शन में पानी होता है, तो लेजर बीम के कारण photodiode पर बताया जाता है जिससे सर्किट बंद हो जाता है । जब लेजर बीम हवा बुलबुला हिट, यह photodiode से धकेला है और सर्किट को खोलता है । इस प्रकार, एक द्विआधारी संकेत प्राप्त की है, यह दर्शाता है कि ऑप्टिकल जांच एक हवा बुलबुला या एक तरल स्लग के सामने है ।- /D कार्ड करने के लिए सेंसर कनेक्ट करने के लिए, निम्न सर्किट (चित्र 3) बनाएँ ।
- लेजर पर बारी, यह डायोड पर बात करते हैं । सर्किट ए/डी सॉफ्टवेयर के डिजिटल इनपुट की जांच करें । यदि लेजर डायोड हिट, तो सर्किट बंद कर दिया है और एक सकारात्मक संकेत दिखाई देना चाहिए.
नोट: सुनिश्चित करें कि डायोड लेजर की तरंग दैर्ध्य उत्पादन के प्रति संवेदनशील है । ऑप्टिकल सेंसर का डाटा 1 kHz की दर से दर्ज किया गया है ।
3. प्रायोगिक प्रक्रिया
- प्रयोगात्मक सुविधा, निकला हुआ किनारा या पाइप रिकॉर्ड के लिए परीक्षण अनुभाग से कनेक्ट करें ।
- बिजली के स्रोत के लिए हीटिंग बिजली के तारों और किसी भी कंप्यूटरीकृत तापमान रिकॉर्डर को thermocouples कनेक्ट ।
- वांछित स्थान पर परीक्षण अनुभाग के सामने IR कैमरा रखें ।
- सुनिश्चित करें कि कैमरा पंनी पर केंद्रित है; इस पर गर्मी प्रवाह के साथ करना आसान है ।
- गर्मी प्रवाह लागू करें (१.२) और IR कैमरा अंशांकन प्रक्रिया (1.3.5) करते हैं ।
- परीक्षण पाइप के साथ दो ऑप्टिकल जांच प्लेस
नोट: यदि संभव हो, IR कैमरे के स्थान पर एक ऑप्टिकल जांच जगह; यह बुलबुला IR कैमरे के लिए दृश्यमान नहीं है के रूप में, तापमान माप और बुलबुला के स्थान के बीच तुल्यकालन की अनुमति देगा । यदि संभव नहीं हो, बुलबुला वेग और IR कैमरे और ऑप्टिकल जांच के बीच की दूरी के अनुसार समय में परिणामों को शिफ्ट करने के लिए सुनिश्चित करें ।- जांच करें कि लेजर बीम वास्तव में डायोड हिट और एक सकारात्मक पढ़ने पैदावार ।
- पानी पंप पर बारी और वांछित प्रवाह दर निर्धारित किया है । विद्युत आपूर्ति के वर्तमान का समायोजन कर गर्मी प्रवाह लागू करें ।
- एक स्थिर राज्य के तापमान प्राप्त होने तक प्रतीक्षा करें । एक एकल चरण पाइप प्रवाह की दीवार तापमान रिकॉर्ड करने के लिए कंप्यूटर प्रोग्राम निष्पादित करें ।
नोट: आदेश में संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक पर टेलर बुलबुला के प्रभाव को अलग करने के लिए, यह पहले एक समान प्रवाह दर और दो चरण के प्रयोगों में के रूप में गर्मी प्रवाह में एक चरण प्रवाह में संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक को मापने के लिए आवश्यक है । यह प्रत्येक व्यक्तिगत घटना से पहले यह करने के लिए सिफारिश की है । - बुलबुला इंजेक्शन नियंत्रित करता है कि कंप्यूटर प्रोग्राम चलाएँ.
नोट: इस कार्यक्रम के पहले एक भी टेलर बुलबुला इंजेक्षन और फिर एक साथ दीवार IR कैमरा का उपयोग कर तापमान को मापने और दो ऑप्टिकल जांच के द्विआधारी संकेतों को रिकॉर्ड करना चाहिए । इन दो माप रिकॉर्डिंग के बीच अतिरिक्त समय पारियों से बचने के क्रम में सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए । - रन के बीच, यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त समय देरी सेट करें कि सिस्टम प्रारंभिक स्थितियों में वापस आ गया है, यानी दीवार का तापमान आरंभिक एकल चरण के स्थिर-राज्य मूल्य पर लौटाता है ।
नोट: यह संभव है कि एकल चरण स्थिर राज्य के प्रवाह की दीवार के तापमान के मामलों में वृद्धि होगी, जहां एक उच्च गर्मी प्रवाह लगातार पर है । इस गर्मी प्रवाह को बंद करने और प्रयोगों में एक ब्रेक लेने से बचना चाहिए ।
4. डाटा प्रोसेसिंग
- eq .1 के आधार पर एकल चरण स्थिर राज्य की स्थिति के लिए गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना.
नोट: यह गुणांक समय के साथ स्वतंत्र है । यह अगली कड़ी में एक सामान्य कारक के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा ।- दिए गए शर्तों के तहत दर्ज प्रत्येक व्यक्ति घटना के लिए, ऑप्टिकल जांच, Lके बीच की दूरी को विभाजित करके टेलर बुलबुले लंबाई और शोधों वेग की गणना प्रत्येक ऑप्टिकल सेंसर के लिए टिप आगमन समय की समय अवधि अंतराल से: , जहां टीL1 और
टीL2 नीचे और ऊपरी ऑप्टिकल सेंसर, क्रमशः के लिए बुलबुला टिप आगमन के समय कर रहे हैं । - यह ऑप्टिकल जांच के एक के खुले सर्किट की अवधि से गुणा करके बुलबुला लंबाई की गणना करने के लिए टेलर बुलबुला के शोधों वेग का प्रयोग करें ।
- दिए गए शर्तों के तहत दर्ज प्रत्येक व्यक्ति घटना के लिए, ऑप्टिकल जांच, Lके बीच की दूरी को विभाजित करके टेलर बुलबुले लंबाई और शोधों वेग की गणना प्रत्येक ऑप्टिकल सेंसर के लिए टिप आगमन समय की समय अवधि अंतराल से: , जहां टीL1 और
- दो चरण प्रवाह के लिए तात्कालिक स्थानीय हीट ट्रांसफर गुणांक की गणना निम्न के रूप में किया जाना चाहिए:
नोट: हालांकि पूरी प्रायोगिक प्रक्रिया कंप्यूटरीकृत है, लंबाई और टेलर बुलबुले के शोधों वेग प्रत्येक प्रयोगात्मक चलाने पर बिल्कुल स्थिर नहीं रह । इसलिए, जिस पर बुलबुला मापने बिंदु तक पहुंच जाता है पल बदलता है । ऑप्टिकल जांच और IR कैमरा अलग फ्रेम दर, १००० और 30 हर्ट्ज क्रमशः है ।- IR कैमरे के आसपास के क्षेत्र में स्थित ऑप्टिकल जांच का उपयोग करना, बुलबुला टिप आगमन के तुरंत रिकॉर्ड ।
- इस ट्रिगर संकेत IR कैमरा रिकॉर्डिंग के लिए समय संदर्भ प्रदान करता है ।
नोट: पहनावा औसत प्रक्रिया को मापने बिंदु के लिए बुलबुला नीचे से दूरी के एक समारोह के रूप में संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, z, जहां z= 0 बुलबुला नीचे से मेल खाती है । यह पैरामीटर पाइप व्यास Dद्वारा सामान्यीकृत किया जाना चाहिए । - z/Dके लिए एक रिज़ॉल्यूशन सेट करें । सभी रिकॉर्ड किए गए प्रत्येक व्यक्ति घटना के लिए डेटा मान (समान शर्तों के अनुरूप) निर्धारित स्थानिक संकल्प रेंज के भीतर गिर जाते हैं और बुलबुला से उस दूरी पर दीवार के तापमान के एक एकल प्रतिनिधि मूल्य प्राप्त करने के लिए औसत होना चाहिए नीचे.
नोट: इस स्थानिक संकल्प IR कैमरे की रिकॉर्डिंग आवृत्ति के आधार पर और टेलर बुलबुला के शोधों वेग पर फैसला किया जाना चाहिए । इस अध्ययन में यह 0.15-0.3 के बीच लिया गया था । - eq .1 का उपयोग कर बुलबुला टिप/नीचे से दूरी के एक समारोह के रूप में गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना.
- एकल-चरण निरंतर गुणांक द्वारा दो-चरण स्थानीय तात्कालिक ताप स्थानांतरण गुणांक को सामान्य करना.
नोट: यह अनुपात एक चरण प्रवाह की तुलना में बुलबुला पारित होने के कारण संवहनी गर्मी हस्तांतरण दर में सुधार का प्रतिनिधित्व करता है ।
टीL2 नीचे और ऊपरी ऑप्टिकल सेंसर, क्रमशः के लिए बुलबुला टिप आगमन के समय कर रहे हैं ।Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ऑप्टिकल सेंसर आउटपुट रिकॉर्ड का एक उदाहरण के लिए एक एकल टेलर एक ऊर्ध्वाधर स्थिर पानी से भरा पाइप में बढ़ती बुलबुले के लिए चित्रा 4 में प्रस्तुत किया जाता है । प्रारंभिक बड़ी बूंद टेलर बुलबुला टिप के कारण सर्किट के उद्घाटन का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि बाद में बहुत कम बूंदें लंबी बुलबुले पूंछ के पारित होने की वजह से प्रारंभिक मान को जंम के बाद, तरल जगा में फैलाया बुलबुले का प्रतिनिधित्व टेलर बुलबुला के पीछे । दो ऑप्टिकल जांच के outputs के बीच समय बदलाव स्पष्ट है और पाइप के साथ दो जांच के बीच की दूरी के कारण है । इस प्रयोग में, जांच ०.०९ मीटर द्वारा अंतरिक्ष कर रहे हैं । eq द्वारा अनुवाद वेग की गणना. यूटीमें 3 परिणाम = ०.२३ मी/ एक टेलर बुलबुला स्थिर पानी के साथ एक ऊर्ध्वाधर पाइप में प्रचार के लिए Dumitrescu13 के साथ समझौते में:
टेलर बुलबुला लंबाई लंबी बुलबुला के पारित होने की अवधि के द्वारा शोधों वेग गुणा द्वारा मापा जाता है:
जो एलबी = ३.५४डीसे मेल खाती है ।
प्रतिनिधि पहनावा-स्थानीय संवहनी गर्मी हस्तांतरण एक ऊर्ध्वाधर पाइप में स्थिर पानी में बढ़ती एक 3.5 डी लंबे समय तक एक टेलर बुलबुला के पारित होने के कारण गुणांक के औसत परिणाम चित्रा 5में रची जाती हैं । परिणाम बुलबुला नीचे के साथ चलती संदर्भ के एक फ्रेम में प्रस्तुत कर रहे हैं, इसलिए नकारात्मक मूल्यों को z/=-३.५ बुलबुला क्षेत्र के अनुरूप है जहां एक पतली फिल्म बुलबुला और पाइप दीवार के बीच अलग करती है । दो-चरण प्रवाह संवहनी गुणांक परिणाम एकल-चरण प्रवाह गुणांक मान द्वारा सामान्यीकृत हैं । यह स्पष्ट है कि गर्मी हस्तांतरण संवहनी गुणांक में अधिकतम वृद्धि बुलबुला नीचे के पीछे कुछ व्यास प्राप्त किया जाता है और एक ही प्रवाह की दर पर एकल चरण प्रवाह की तुलना में दो गुना अधिक के रूप में ज्यादा हो सकता है । इसके अलावा, दीवार के तापमान पर टेलर बुलबुला का प्रभाव एक लंबे समय तक प्रभाव है, टेलर बुलबुला नीचे के पीछे व्यास के सैकड़ों करने के लिए आवश्यक शेष । इस बुलबुले के पीछे जगा के लिए जिंमेदार ठहराया है । ये परिणाम एक शीतलन तंत्र के रूप में दो चरण के प्रवाह में बढ़ती रुचि के एक स्पष्ट प्रदर्शन के रूप में सेवा करते हैं ।
चित्र 1। गर्मी हस्तांतरण माप परीक्षण अनुभाग के साथ प्रयोगात्मक सुविधा के योजनाबद्ध लेआउट । वायु एवं जल प्रवेश खंड के विवरण सम्मिलित रूप में प्रस्तुत किए गए हैं. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 2। परीक्षण अनुभाग का एक योजनाबद्ध लेआउट. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 3 . ऑप्टिकल सेंसर विद्युत परिपथ के बीच जोड़ने डायोड और A/D कार्ड पीसी से जुड़े. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 4 . एक टेलर बुलबुला स्थिर पानी में बढ़ती के लिए ऑप्टिकल सेंसर रिकॉर्डिंग । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 5। सामान्यीकृत स्थानीय हीट स्थानांतरण गुणांक एक स्लग इकाई के साथ स्थिर तरल के लिए (q= २१०० W/m2) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
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Discussion
परिवर्तनीय पाइप प्रवाह में स्थानीय गर्मी हस्तांतरण के प्रायोगिक जांच एक जटिल काम है कि उच्च अंत उपकरणों और विधियों, साथ ही एक कस्टम निर्मित प्रयोगात्मक सुविधा, विशेष रूप से, एक विशेष रूप से डिजाइन परीक्षण अनुभाग में मापने की आवश्यकता है । वर्तमान प्रोटोकॉल एक थर्मोग्राफी तकनीक है कि ईमानदारी से दीवार के तापमान में तेजी से लौकिक परिवर्तन मापने में सक्षम है और गर्मी हस्तांतरण दर में प्रवाह hydrodynamics में बदलाव के कारण प्रदर्शित करता है ।
परीक्षण खंड की निर्माण प्रक्रिया का विस्तृत विवरण प्रस्तुत किया गया है । सुविधा की तैयारी में महत्वपूर्ण कदम पाइप दीवार का एक हिस्सा एक पतली स्टेनलेस स्टील पन्नी द्वारा प्रतिस्थापित कर रहा है । पंनी एक विद्युत वर्तमान द्वारा गर्म है; अपने भीतर की ओर समय निर्भर प्रवाह क्षेत्र के लिए खुला है, जबकि बाहरी पक्ष एक IR कैमरा इस प्रकार तात्कालिक पन्नी तापमान में किसी भी परिवर्तन का पता लगाने के द्वारा फिल्माया गया है । पंनी के लौकिक प्रतिक्रिया इस तकनीक की ही सीमा का गठन किया । सामग्री और पंनी की मोटाई को पर्याप्त रूप से तेज समय प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए चुना जाना चाहिए के रूप में माना घटना की विशेषता समय की तुलना में ।
विधि लागू तात्कालिक IR कैमरा आधारित गर्मी हस्तांतरण माप के रूप में ऑप्टिकल अर्थ द्वारा निर्धारित चलती टेलर बुलबुले के सापेक्ष की अनुमति देता है । एक पहनावा किसी भी संचालन वर्तमान अध्ययन में लागू शर्तों के लिए प्रयोग के कई बोध से अधिक प्रक्रिया औसत विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने सुनिश्चित करता है । प्रस्तावित तकनीक एकल और बहुत अवस्थायां प्रवाह में स्थानीय क्षणिक गर्मी हस्तांतरण के लक्षण वर्णन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
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Acknowledgments
यह काम इसराइल विज्ञान फाउंडेशन, अनुदान # 281/14 द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Infra red camera | Optris | PI-1450 | |
| Thermocouples A/D card | National Instruments | NI cDAQ-9714. | |
| Labview program | National Instruments | ||
| Epoxy DP-460 | 3M Scotch-weld |
References
- Hetsroni, G., Rozenblit, R., Yarin, L. P. A hot-foil infrared technique for studying the temperature field of a wall. Meas. Sci. Tech. 7, 1418 (1996).
- Babin, V. Experimental investigation of the local heat transfer in gas-liquid slug flow. , Tel-Aviv university. Israel. Ph.D. dissertation (2015).
- Babin, V., Shemer, L., Barnea, D. Local instantaneous heat transfer around a raising single Taylor bubble. Int. J. Heat Mass Transfer. 89 (9), 884-893 (2015).
- Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, Instantaneous heat transfer rate around consecutive Taylor bubbles. Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 865-873 (2016).
- Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, D. Transient convective heat transfer in a pipe due to impulsively initiated downward flow and/or heat flux. Int. J. Heat Mass Transf. 111, 1181-1191 (2017).
- Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part I: Horizontal Tube. Int. J. Multiphase Flow. 24, 165 (1998).
- Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part II: Upward Inclined Tube. Int. J. Multiphase Flow. 24, 188 (1998).
- Hetsroni, G., Mewes, D., Enke, C., Gurevich, M., Mosyak, A., Rozenblit, R. Heat transfer to two-phase flow in inclined tubes. Int. J. Multiphase Flow. 29, 173-194 (2003).
- Ghajar, A. J., Tang, C. C. Heat Transfer Measurements, Flow pattern maps and flow visualization for non-boiling two-phase flow in horizontal and slightly inclined pipe. Heat Transfer Eng. 28, 525 (2007).
- Franca, F. A., Banneart, A. C., Camargo, R. M. T., Goncalves, M. A. L. Mechanistic modelling of the convective heat transfer coefficient in gas-liquid intermittent flows. Heat Transfer Eng. 29, 984-998 (2008).
- Kim, D., Ghajar, A. J., Dougherty, R. L., Ryali, V. K. Comparison of 20 two phase heat transfer correlations with seven Sets of experimental data, including flow pattern and tube inclination effects. Heat Transfer Eng. 20, 15 (1999).
- Nicklin, D. J., Wilkes, J. O., Davidson, J. F. Two-phase flow in vertical tubes. Trans. Inst. Chem. Eng. 40, 61 (1962).
- Donnelly, B., O'Reilly Meehan, R., Nolan, K., Murray, D. B. The dynamics of sliding air bubbles and the effects on surface heat transfer. Int. J. Heat Mass Transfer. 91, 532-542 (2015).
- Liu, T., Pan, C. Infrared thermography measurement of two-phase boiling flow heat transfer in a microchannel. Applied thermal engineering. 94, 568-578 (2016).
- Dumitrescu, D. T. Stromung an einer Luftblase im senkrechten Rohr. Z. Ang. Math. Mech. 23, 139 (1943).
- Davies, R. M., Taylor, G. I. The mechanics of large bubbles rising through extended liquids and trough liquid in tubes. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 200, 375 (1949).
