Summary
Dieses Manuskript beschreibt Methoden zur Messung der lokalen momentane konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten in einem ein- oder zweistufigen rohrströmung. Eine einfache optische Methode zur Bestimmung der Länge und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer länglichen (Taylor)-Luftblase, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird ebenfalls dargestellt.
Abstract
Diese Handschrift enthält Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Herstellungsprozesses einer Messstrecke entwickelt, um der lokalen momentane Wärmeübergangskoeffizient als Funktion der flüssigen Durchflussmenge in einem transparenten Rohr zu messen. Mit einigen Änderungen erstreckt sich der Ansatz auf Gas-Flüssigkeit fließt, mit Schwerpunkt auf die Wirkung von einem einzigen länglichen (Taylor) Luftblase auf Hitze-Transfer-Erweiterung. Eine nicht-invasive Thermographie-Technik wird angewendet, um die momentane Temperaturmessung aus einer dünnen Metallfolie, elektrisch beheizt. Die Folie wird geklebt, um einen schmalen Schlitz in das Rohr geschnitten zu decken. Die thermische Trägheit der Folie ist klein genug, um die Variation in die momentane Folie Temperatur zu erkennen. Im Testabschnitt entlang des Rohres bewegt werden kann und ist lang genug, um einen beträchtlichen Teil der wachsenden thermische Grenzschicht zu decken.
Am Anfang jeder einzelne Versuch eine Steady-State mit einem konstanten Wasser Flow Rate und Hitze Flussmittel auf die Folie erreicht und dient als Referenz. Die Taylor-Blase wird dann in das Rohr injiziert. Die Hitze Übertragung Koeffizient Variationen durch Zeitablauf eine Taylor-Blase Vermehrung in ein senkrechtes Rohr wird als Funktion des Abstandes von der Mess-Stelle von der Unterseite der beweglichen Taylor Blase gemessen. Somit stellen die Ergebnisse der örtlichen Wärmedurchgangskoeffizienten. Mehrere unabhängige Durchläufe vorgeformt unter identischen Bedingungen erlauben anfallende ausreichende Daten zuverlässig Ensemble gemittelte Ergebnisse auf die transiente konvektive Wärmeübertragung berechnen. Um dies in einem Bezugssystem bewegt sich mit der Blase durchzuführen, muss die Lage der Blase entlang des Rohres zu allen Zeiten bekannt sein. Detaillierte Beschreibung der Messung der Länge und der translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen durch optische Sonden wird vorgestellt.
Introduction
In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche experimentelle Studien der konvektive Wärmeübertragung, mit verschiedenen Techniken, um die Wand bzw. die Temperatur der Flüssigkeit in einer Vielzahl von Fluss-Konfigurationen, Messen durchgeführt. Einer der Faktoren, die die Genauigkeit der Temperaturmessung im instationären Prozesse begrenzt ist die langsame Reaktion der Sensoren. Um lokale momentane Wandtemperatur zu erfassen, muss die Messgeräte schnell genug reagieren, während die Oberfläche die Temperaturerfassung im thermischen Gleichgewicht mit der zeitabhängigen Strömung muss. Die thermische Trägheit der Oberfläche muss also klein genug sein. Die relevanten Zeitskalen richten sich nach der hydrodynamischen Phänomene, die die Änderung in die konvektive Wärmeübertragung führen. Schnelle Reaktionszeit ist somit entscheidend für die Aufnahme der zeitabhängigen Temperatur in Transiente Strömung.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, dient eine IR-Kamera, eine spezielle eigengefertigte Messstrecke aufzuzeichnen, die eine schnelle Temperatur-Antwort auf jede Änderung in den Fluss ermöglicht. Ein Teil der Rohrwand wird abgeschnitten und durch eine dünne Folie aus rostfreiem Stahl ersetzt. Ein ähnlicher Ansatz wurde von Hetsroni Et Al. verwendet. 1, die Folie, die sie benutzten war jedoch zu dick, um Änderungen der momentanen Temperaturen Messen und nur Zeit im Durchschnitt Temperaturen wurden vorgestellt. Verringerung der Dicke der Folie verbessert das Zeitverhalten erheblich. 2 dieses Verfahren wurde im Labor, um konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten Zweiphasenströmung3,4 und Transienten Phänomene in einphasigen Rohr fließen5messen.
Ein schematischer Aufbau der Zweiphasenströmung Anlage in Abbildung 1angegeben wird, zusätzliche Informationen über das einzigartige Air Inlet Gerät Babin Et Al. finden Sie im 3
Untersuchung der konvektive Wärmeübertragung in zwei-Phasen-Strömung ist sehr komplex aufgrund der vorübergehenden Fließverhalten und die Wirkung der nichtig Bruch in den Rohrquerschnitt. Daher haben viele Studien nur eine durchschnittliche konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten für einen gegebenen Strömungsregime in Abhängigkeit von bestimmten Strömung Bedingungen6,7,8,9,10 vorgestellt , 11. jedoch die Papiere von Donnelly Et Al. 12 und Liu Et al. 13 stellen Beispiele für zwei-Phasen-lokale Konvektionswärme Übertragung Studien dar.
Die vorliegende Studie befasst sich mit Hitze-Transfer Messungen um eine einzelne längliche (Taylor) Blase injiziert stagniert oder Flüssigkeit in einem Rohr fließt. Die Taylor-Blase breitet sich in einer Konstanten translatorische Geschwindigkeit14,15,16. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Blase wird bestimmt mit optischen Sonden Methode bestehend aus Laser-Lichtquelle und Fotodiode3,4.
Die Kombination von der IR-Kamera und der optische Sonden erlaubt Messungen von der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung als Funktion des Abstandes vom Taylor Blase oben oder unten.
Die momentane Wandtemperatur kann verwendet werden, um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten, hund die Nusselt-Zahl zu berechnen:
, (1)
wo q ist der Wärmestrom an der Folie, Tw und T∞ sind die Wandtemperatur und die Eintrittstemperatur Wasser bzw. k ist die flüssige Leitfähigkeit und D ist der Durchmesser des Rohres. Die Massentemperatur, das allgemein verwendet ist, um festzustellen, die Wärmedurchgangskoeffizienten wurde nicht gemessen, um vermeiden Störungen auf den Fluss.
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Protocol
1. Messstrecke für Messungen der momentanen Temperatur
- Herstellungsprozess der Messstrecke (Abbildung 2( )
- Schneiden Sie ein Segment eines Rohr mindestens 70 cm lang.
Hinweis: Der Durchmesser und Wandstärke der Messstrecke sollte identisch mit dem des Rohres in der Versuchsanlage verwendet werden. - Verwenden einer Fräsmaschine, um 4 angrenzende schmalere Fenstern entlang des Rohres in der Messstrecke zu schneiden, jedes Fenster ist 6 mm breit und 80 mm lang, mit einem 25-mm-Abstand zwischen aufeinander folgenden Fenstern.
- Schneiden Sie von 12 µm dünnen Edelstahl-Folie 40-60 Cmlong und 12 mm breite Streifen.
Hinweis: Die Folie wird verwendet werden, um die Fenster in das Prüfrohr zu versiegeln. Der rostfreie Stahl sollten mit zwei goldenen Streifen beschichtet werden, die einen kleinen Abstand von den Enden der Folie zu markieren und zu Schweißen der Versorgungsleitung abgesichert, erwärmen die Folie, siehe Abbildung 2verwendet werden sollen. - Messen Sie die Folie elektrischen Widerstand mit einem Ohmmeter.
- Legen Sie die Folie innerhalb des Rohres nach den unten beschriebenen Schritten.
- Schaffen Sie eine Basis für das Einfügen der Folie in die Messstrecke aus einem starren Rohr mit einem Außendurchmesser gleich derjenigen der Rohr-Innendurchmesser Test gemacht. Zu diesem Zweck zu schneiden, eine 20 mm breit und ca. 80 cm lange Teil der Rohrwand
- Bestreichen Sie die Basis mit Fett, bevor man die Folie auf, trennen die Basis aus der Folie zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen.
- Legen Sie die Folie auf der Grundlage und glattstreichen. Ein Tuch mit Alkohol nehmen und die Folie von irgendein überschüssiges Fett zu reinigen.
- Tragen Sie den Kleber auf der Folie-Peripherie und auf die drei Segmente der Folie, die Lage der Brücken zwischen den aufeinander folgenden Fenstern entspricht.
Hinweis: Der Leim hat stark mit einer anfänglichen erhärtungsdauer von mindestens 20 Minuten sein, um ausreichend Zeit für die Folie-Anlage-Prozess zu gewährleisten; Epoxy DP 460 dient. - Legen Sie die Basis mit der Folie in die Messstrecke mit der Folie nach oben in Richtung Fenster.
Hinweis: Dieser Prozess sollte von zwei Personen durchgeführt werden. - Sicherstellen Sie, dass die Folie wird mit dem Windows ausgerichtet, die goldenen Streifen sollte am Rand der beiden externen Fenster. Sobald die Folie richtig platziert und die Fenster deckt, verlinken Sie die Grundlage das Prüfrohr an jedem Ende mit einer Klammer.
- Sorgfältig legen Sie ein gefaltetes Fahrradreifen inneren in das Rohr unter der Basis, Schmieren Sie den Reifen, wenn nötig. Pumpen Sie die Reifen. Während die Inflation beobachten Sie den Kleber auf der Folie verteilen und die Basis zu erreichen.
Hinweis: Der Druck durch den aufgeblasenen Reifen sollte garantieren, dass der Kleber der Folie und der Rohr-Innenwand binden. Auch werden die Folie an die Krümmung des Rohres zu gestalten und reduziert mögliche Störungen der Strömung durch die Folie oder der Kleber. - Deaktivieren Sie mit einem Tuch alle überschüssigen Klebstoff, der die Fensteröffnungen erreicht hat.
- Den Kleber trocknen lassen für 24 h Deflate Reifen, entpacken Sie es und öffnen Sie die Klemmen.
- Trennen Sie die Basis von Folie und Rohr in den folgenden Schritten:
- Berühren Sie sanft jedes Ende der Basis zu fühlen, welche Ende ist einfacher zu trennen, und beginnen deshalb trennen.
- Verwenden Sie eine lange Walze oder einem ähnlichen Gegenstand, trennen die ursprüngliche Grundlage allmählich, langsam in das Rohr zu bewegen, bis die gesamte Basis verbunden ist und die Folie sicher unbeschädigt auf dem Rohr bleibt.
Hinweis: Dieser Prozess sollte sorgfältig durchgeführt werden, um das Siegel zu schützen; Wenn die Dichtung ist ein neues ruiniert sollte Hitze Transfereinheit Test Rohr gemacht werden. - Überprüfen Sie, dass das Rohr dicht ist, schließen ein Ende des Rohres und das Rohr mit Wasser zu füllen.
- Reinigen Sie das überschüssige Fett von der Innenseite des Rohres mit Wasser und Seife.
- Verbinden Sie die elektrischen Heizdrähten durch Schweißen zu den goldenen Streifen auf der Folie.
Hinweis: Um die Folie an diesen Stellen zu schützen, wird empfohlen, zunächst einen kleine Cooper-Chip an der Folie verknüpfen und dann den Draht zu Schweißen. - Verbinden Sie mit einem thermischen Klebstoff ein T-Typ Thermoelement am unteren Rand jedes Fenster. Diese Thermoelemente werden später bei der IR-Kamera-Kalibrierung verwendet werden.
Hinweis: Die Temperaturwerte von Thermoelemente sind aufgenommen und über einen PC mit einem A/D-Wandler. - Sprühfarbe der äußeren Seite der Folie mit einem schwarzen Matten Spray um den Emissionsgrad zu maximieren.
- Schneiden Sie ein Segment eines Rohr mindestens 70 cm lang.
- Anwenden von Wärmestrom, Folie
- Die Elektroheizung Drähte von der Kante der Folie auf ein DC-Netzteil anschließen.
- Setzen Sie den elektrischen Strom, so dass die Folie eine gewünschte Temperatur zu erreichen.
Hinweis: Erreichen Sie eine Temperatur, die das Rohr beeinträchtigen könnten nicht. Für Plexiglas ist die Grenze ca. 45 ° C. Achten Sie aber darauf, die Folie genug um sicherzustellen, dass die Folie Temperatur wenigstens ein paar Grad über der Wassertemperatur Zulauf, auch während der Kühlung Staat aufgrund der vorübergehenden Veränderungen erwartet, in den Fluss bleibt zu heizen. - Berechnen der Wärmestrom angewendet Q = I2R wo I ist der Strom angewendet und R ist die Folie elektrischen Widerstand.
Hinweis: Die Wärmeübertragung vom äußeren Folienseite, das offen an der Luft ist vernachlässigbar im Vergleich zu den Wärmeübergang zum Wasser im inneren Rohr2. - Verbinden Sie einen PC steuerbaren elektrischen Schalter mit einem der Hitze Flussmittel Drähte um die Hitze Flussmittel impulsive Initiierung und Herunterfahren zu kontrollieren.
- IR-Kamera
Hinweis: detaillierte Einzelheiten der IR Kamera im Labor in Ferhstman3,4ersichtlich. Die Kamera ist mit einem PC verbunden und von einem Computer gesteuert.- Wenn möglich, schließen Sie die IR-Kamera auf einen Satz von Schienen ermöglichen dreidimensionale Bewegung der Kamera, leicht in verschiedenen Positionen entlang der Messstrecke zu stellen.
- Schalten Sie die IR-Kamera ein paar Minuten vor der Durchführung von Messungen, die internen Sensoren nehmen Sie sich Zeit auf die gewünschte Temperatur abkühlen lassen.
- Legen Sie die IR-Kamera ein paar Zentimeter von der Oberfläche innerhalb der Brennweite der Kamera, um die Fokussierung zu ermöglichen.
Hinweis: Je nach Kameraauflösung sicher sein, dass die gemessenen Fläche nicht kleiner als ein einzelnes Pixel. Es empfiehlt sich, die Fläche gemessen bestehend aus einer Anzahl von Pixeln haben. - Fokus der IR-Kamera setzen.
- IR-Kamera-Kalibrierung:
- Gelten Sie Wärmestrom, wie in 1.2 und warten bis ein thermische Steady-State, d.h. erreicht ist wenn die Thermoelemente auf die Folie aufzeichnen Konstante Temperatur platziert. Messen Sie die Umgebungstemperatur in der Nähe der Versuchsanlage mit einem Thermoelement.
Hinweis: Diese Temperatur wird als der reflektierten Temperatur der Oberfläche verwendet werden. Dieser Parameter ist für einen hohen Wert der Oberfläche Emissionsgrad fast zu vernachlässigen. - Geben Sie die Umgebungstemperatur als die IR-Kamera-Parameter der reflektierten Temperatur.
- Vergleichen Sie für jedes Fenster in der Folie die Temperatur von der IR-Kamera an die Aufnahme des thermoelementes dieses Fensters aufgezeichnet. Die Temperaturaufzeichnung der IR-Kamera ist gleich der Temperatur aufgezeichnet durch das Thermoelement Emissionsgrad Eigentum der IR-Kamera justiert.
Hinweis: Dies kann für mehrere Hitze Flussmittel Werte; Allerdings ist der Emissionsgrad nicht empfindlich bei relativ niedrigen Temperaturbereich. In der experimentellen Aufnahmen war der durchschnittliche Wert der Emissionsgrad 0,98.
- Gelten Sie Wärmestrom, wie in 1.2 und warten bis ein thermische Steady-State, d.h. erreicht ist wenn die Thermoelemente auf die Folie aufzeichnen Konstante Temperatur platziert. Messen Sie die Umgebungstemperatur in der Nähe der Versuchsanlage mit einem Thermoelement.
2. Messungen von Taylor Bubble translatorische Geschwindigkeit und seine Länge
-
Optischen Sonde
Hinweis: die optischen Sonde enthält eine Laser-Lichtquelle und einer Photodiode. Wenn der gesamte Querschnitt des Rohres Wasser enthält, wird der Laserstrahl auf die Fotodiode, wodurch der Kreislauf geschlossen werden darauf hingewiesen. Trifft der Laserstrahl auf die Luftblase, ist von der Photodiode stieß und öffnet den Stromkreis. So wird ein binäres Signal erhalten, angeben, ob die optische Sonde vor eine Luftblase oder eine flüssige Schnecke ist.- Um den Sensor der A/D-Karte verbinden, erstellen Sie die folgende Schaltung (Abbildung 3).
- Schalten Sie den Laser, richten Sie sie an der Diode. Überprüfen Sie den digitalen Eingang der Schaltung A/D-Software. Wenn der Laser Diode trifft, dann ist der Stromkreis geschlossen und ein positives Signal erscheinen soll.
Hinweis: Stellen Sie sicher, dass die Diode empfindlich auf die Ausgabe der Wellenlänge des Lasers. Die optischen Sensoren Daten mit einer Rate von 1 kHz erfasst.
3. Versuchsdurchführung
- Die Versuchsanlage die Messstrecke von Flanschen oder Rohr Datensätze herstellen.
- Die elektrischen Heizdrähten an der Stromquelle und die Thermoelemente, computergesteuerten Temperatur-Recorder anschließen.
- Die IR-Kamera vor der Messstrecke an der gewünschten Stelle zu platzieren.
- Stellen Sie sicher, dass die Kamera auf der Folie ausgerichtet ist; Dies ist einfacher mit den Wärmestrom auf zu tun.
- Gelten Sie Wärmestrom (1.2), und führen Sie die IR-Kamera-Kalibrierung (1.3.5).
- Legen Sie die zwei optische Sonden entlang das Prüfrohr
Hinweis: Wenn möglich, legen Sie einen optischen Sensor an der Position des IR-Kamera; Dies ermöglicht Synchronisation zwischen die Temperaturmessung und die Lage der Blase, da die Blase nicht für die IR-Kamera sichtbar ist. Falls dies nicht möglich ist, achten Sie darauf, die Ergebnisse rechtzeitig entsprechend verschieben, die Blase-Geschwindigkeit und die Distanz zwischen der IR-Kamera und die optischen Sonde.- Überprüfen Sie, dass der Laserstrahl in der Tat die Diode trifft und einen positiven Wert ergibt.
- Schalten Sie die Pumpe und legen Sie die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit. Gelten Sie Wärmestrom durch die Anpassung des Stroms des Netzteils.
- Warten Sie, bis eine Steady-State-Temperatur erreicht ist. Führen Sie das Computerprogramm die Wandtemperatur der einphasigen rohrströmung aufzeichnen.
Hinweis: Um die Wirkung der Taylor-Blase auf den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten zu isolieren, ist es wichtig, Messen Sie zuerst den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten in einphasigen Strom auf eine identische Flow Rate und Wärme Flussmittel wie in der zwei-Phasen-Experimente. Es empfiehlt sich, diese vor jeder einzelnen Veranstaltung durchführen. - Führen Sie das Computerprogramm regelt, dass die Blase-Injektion.
Hinweis: Dieses Programm sollte zuerst injizieren eine einzelne Taylor Blase und dann gleichzeitig messen die Wandtemperatur mit der IR-Kamera und aufzeichnen die binäre Signale der beiden optischen Sonden. Diese beiden Maße sollten synchronisiert werden, um zusätzliche Zeitverschiebungen zwischen den Aufnahmen zu vermeiden. - Zwischen den Läufen setzen Sie ausreichende zeitliche Verzögerung um sicherzustellen, dass das System zurück zu den ursprünglichen Bedingungen, d.h. kehrt die Wandtemperatur auf den Anfangswert der einphasigen Steady State.
Hinweis: Es ist möglich, dass die Wandtemperatur der einphasigen stationäre Strömung in Fällen steigen wo eine hohe Wärmestromdichte kontinuierlich leuchtet. Dies sollte vermieden werden, indem Sie schließen den Wärmestrom und eine Pause in den Experimenten.
4. Datenverarbeitung
- Der Wärmeübergangskoeffizient für einphasige Steady-State-Bedingungen basierend auf GL. 1 zu berechnen.
Hinweis: Dieser Koeffizient ist unabhängig von der Zeit. Es wird als Normalisierung Faktor in der Folge verwendet werden.- Für jedes einzelnes Ereignis aufgezeichnet unter gegebenen Bedingungen, die Taylor Bläschen Länge berechnen und translatorische Geschwindigkeit durch Teilung der Abstand zwischen den optischen Sonden, L, durch die Periode Zeitintervall der Tipp Ankunft Zeit, jeder optischen Sensor:
, wo tL1 und tL2 die Zeiten der Blase Tipp Ankunft an der unteren und oberen optische Sensoren, beziehungsweise sind. - Verwenden Sie die Taylor Blase translatorische Geschwindigkeit die Blase Länge berechnet durch Multiplikation mit der Dauer der Unterbrechung eines optischen Sonden.
- Für jedes einzelnes Ereignis aufgezeichnet unter gegebenen Bedingungen, die Taylor Bläschen Länge berechnen und translatorische Geschwindigkeit durch Teilung der Abstand zwischen den optischen Sonden, L, durch die Periode Zeitintervall der Tipp Ankunft Zeit, jeder optischen Sensor:
- Berechnung der momentane lokale Wärmeübergangskoeffizient für zwei--Strömung Phasen sollte wie folgt durchgeführt werden:
Hinweis: Obwohl der gesamte experimentellen Prozess automatisiert ist, bleiben die Länge und die translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen nicht genau konstant bei jeder einzelne Versuch. Daher variiert der Augenblick, an dem die Blase die Messstelle erreicht. Die optische Sonden und die IR-Kamera haben anderen Frame Preise, 1000 und 30 Hz bzw..- Mit Hilfe der optischen Sonde befindet sich in der Nähe der IR-Kamera, Aufzeichnung der Augenblick der Blase Tipp Ankunft.
- Dieser Trigger-Signal liefert den Zeitbezug für die IR-Kamera-Aufnahme.
Hinweis: Ensemble durchschnittlicher Prozess ist erforderlich, um zu erhalten die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten als Funktion des Abstandes von der Blase unten an der Messstelle, Z, wo Z= 0 entspricht dem unteren Blase. Diese Parameter sollten durch den Rohrdurchmesser Dnormalisiert werden. - Legen Sie eine Auflösung für Z/D. Alle aufgezeichneten Datenwerte für jedes einzelne Ereignis (entsprechend identischen Bedingungen) liegen im Bereich von vorgeschriebenen Ortsauflösung und gemittelt werden sollte, um einen einzigen repräsentativen Wert die Wandtemperatur in dieser Entfernung von der Blase zu erhalten unten.
Hinweis: Diese räumliche Auflösung sollte basierend auf der Aufnahmefrequenz von der IR-Kamera und die translatorische Geschwindigkeit der Taylor-Blase entschieden werden. In dieser Studie wurde es zwischen 0,15-0,3 übernommen. - Der Wärmeübergangskoeffizient in Abhängigkeit von der Entfernung der Blase Tipp/Unterseite mit GL. 1 zu berechnen.
- Der zwei-Phasen-lokale momentane Wärmeübergangskoeffizient durch den einphasigen konstanten Koeffizienten zu normalisieren.
Hinweis: Dieses Verhältnis entspricht einer Verbesserung in Konvektionswärme Übertragungsrate durch die Blase Passage im Vergleich zum einphasigen Strom.
, wo tL1 und tL2 die Zeiten der Blase Tipp Ankunft an der unteren und oberen optische Sensoren, beziehungsweise sind.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ein Beispiel für die optischen Sensoren Ausgabe Datensätze ist in Abbildung 4 für eine einzelne Taylor Blase steigt in ein senkrechtes Rohr mit stehendem Wasser gefüllt dargestellt. Die ersten große Tropfen steht für die Eröffnung der Strecke durch die Taylor-Blase-Spitze, während der späteren viel kürzere Tropfen nach dem Anstieg auf den ursprünglichen Wert aufgrund des Durchgangs der länglichen Bläschen Rute, repräsentieren die dispergierten Luftblasen im flüssigen Gefolge hinter der Taylor-Blase. Die zeitliche Verschiebung zwischen den Ausgängen der beiden optischen Sonden ist klar und ist aufgrund der Entfernung zwischen den beiden Sonden entlang des Rohres. Die Sonden sind in diesem Experiment Raum von 0,09 m. Berechnung die translatorische Geschwindigkeit von GL. 3 Ergebnisse in Ut= 0,23 m/s; im Einvernehmen mit Dumitrescu13 für eine Taylor-Blase Vermehrung in ein senkrechtes Rohr mit stagnierendem Wasser:
Die Taylor-Blase-Länge wird gemessen, mit der Dauer der Passage der längliche Blase die translatorische Geschwindigkeit multipliziert:
Das entspricht LB = 3,54D.
Die repräsentativen Ensemble gemittelte Ergebnisse von den lokalen konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten durch Zeitablauf eine 3,5 D einzigen langen Taylor Blase steigt in stehendem Wasser in ein senkrechtes Rohr in Abbildung 5dargestellt werden. Die Ergebnisse werden in einem Bezugssystem bewegt sich mit der Blase-Unterseite, daher die negativen Werte bis Z/D= 3,5 entsprechen der Blase-Region, wo eine dünne Schicht zwischen der Blase und Rohr Wand trennt. Die Zweiphasenströmung konvektiven Koeffizienten Ergebnisse werden durch den einphasigen Strom-Koeffizient-Wert normalisiert. Es ist offensichtlich, dass die maximale Schrittweite in konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten erreicht ein paar Durchmesser hinter der Blase-Unterseite und kann so viel wie zwei Mal höher im Vergleich zu der einphasigen Durchfluss an der gleichen Durchfluss. Darüber hinaus hat die Wirkung der Taylor-Blase auf die Wandtemperatur eine verlängerte Wirkung, bleiben wesentliche bis zu, dass Hunderte von Durchmesser hinter der Taylor unten Blase. Dies ist zurückzuführen auf das Gefolge hinter der Blase. Diese Ergebnisse dienen als ein klarer Beweis für das wachsende Interesse an Zweiphasenströmung als Kühlung Mechanismus.
Abbildung 1. Schematischer Aufbau der Versuchsanlage mit Hitze-Transfer-Messungen Testabschnitt. Details des Abschnitts Eingang Luft und Wasser sind im Einsatz vorgestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2. Ein schematischer Aufbau der Messstrecke. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 . Der optische Sensor Stromkreis Verbindung zwischen der Diode und der A/D-Karte verbunden mit dem PC. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 . Der optische Sensor Aufzeichnung für eine Taylor-Blase steigt in stehendem Wasser. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5. Lokale Wärmedurchgangskoeffizienten entlang einer einzigen Slug Einheit für stagnierende Flüssigkeit normalisiert (Q= 2100 W/m2). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Experimentelle Untersuchung der lokalen Wärmeübertragung in transiente rohrströmung ist eine komplizierte Aufgabe, die High-End-Messgeräte und Methoden sowie eine maßgeschneiderte Versuchsanlage insbesondere erfordert eine speziell entwickelte Testabschnitt. Dieses Protokoll zeigt eine Thermographie-Technik, die schnelle zeitliche Veränderungen Wandtemperatur und Wärmeübertragungsrate aufgrund von Schwankungen im Fluss Hydrodynamik treu zu messen vermag.
Eine detaillierte Beschreibung des Herstellungsprozesses der Messstrecke wird vorgestellt. Der entscheidende Schritt bei der Erstellung der Anlage ist einen Teil der Rohrwand durch eine dünne Folie aus rostfreiem Stahl ersetzt. Die Folie wird durch elektrischen Strom erhitzt; ihrer Innenseite richtet sich an das zeitabhängige Strömungsfeld, während die Außenseite durch eine Infrarotkamera somit Erkennung von Änderungen in die momentane Folie Temperatur gefilmt wird. Die zeitliche Reaktion der Folie ist die einzige Einschränkung dieser Technik. Das Material und die Dicke der Folie sollte gewählt werden, ausreichend schnelle Reaktionszeit im Vergleich zu den charakteristischen Zeiten der Phänomene betrachtet.
Die angewandte Methode ermöglicht sofortige IR Kamerabasierte Wärmeübertragung Messungen bezogen auf die beweglichen Taylor Blase durch optische Mittel bestimmt. Ein Ensemble von durchschnittlich Verfahren über zahlreiche Verwirklichungen des Experiments für jede gegebenen Betriebsbedingungen in der vorliegenden Studie angewendet sorgt für zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Die vorgeschlagene Technik kann zur Charakterisierung der lokalen transiente Wärmeübertragung in ein- und Mehrphasiger Strömungen verwendet werden.
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Acknowledgments
Diese Arbeit wurde unterstützt von der Israel Science Foundation Grant # 281/14.
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
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