Summary
Dit manuscript wordt beschreven methoden gericht op het meten van de lokale momentane convectie warmte overdracht coëfficiënten in een stroom van één of twee fasen pijp. Een eenvoudige optische methode om te bepalen van de lengte en de snelheid van de voortplanting van een verlengde (Taylor)-luchtbel rijdt met een constante snelheid wordt ook gepresenteerd.
Abstract
Dit manuscript geeft stap voor stap beschrijving van het productieproces van een gedeelte van de test bedoeld voor het meten van de coëfficiënt van de overdracht lokale momentane warmte als functie van de vloeibare debiet in een transparante pijp. Met bepaalde amendementen, is de aanpak uitgebreid tot gas-vloeistof stromen, met een bijzondere nadruk op het effect van een enkele langwerpige (Taylor)-luchtbel op verhoging van de overdracht van warmte. Een niet-invasieve thermografie techniek wordt toegepast voor het meten van de momentane temperatuur van een dunne bladmetaal elektrisch verwarmd. De folie is gelijmd ter dekking van een smalle sleuf gesneden in de pijp. De thermische inertie van de folie is klein genoeg om het detecteren van de variatie in de temperatuur van de momentane folie. Het gedeelte van de test kan worden verplaatst langs de pijp en is lang genoeg om te dekken van een aanzienlijk deel van de groeiende thermische grenslaag.
Aan het begin van elke experimentele run, een steady-state met een constant water stroom tarief en warmte flux om de folie wordt bereikt en fungeert als de referentie. De zeepbel Taylor wordt vervolgens geïnjecteerd in de pijp. De warmte overdracht coëfficiënt schommelingen als gevolg van het verstrijken van een zeepbel van de Taylor teeltmateriaal in een verticale pijp wordt gemeten als functie van de afstand tussen het meetpunt vanaf de onderkant van de bewegende Taylor-zeepbel. De resultaten vormen dus de lokale warmte overdracht coëfficiënten. Meerdere onafhankelijke loopt voorgevormde onder identieke omstandigheden kunnen accumuleren voldoende gegevens om betrouwbaar ensemble-gemiddeld resultaten op de voorbijgaande convectieve warmteoverdracht te berekenen. Om dit in een referentiekader verplaatsen met de zeepbel, heeft de locatie van de zeepbel langs de pijp te allen tijde worden bekend. Gedetailleerde beschrijving van metingen van de lengte en de translationeel snelheid van de Taylor bubbles door optische sondes wordt gepresenteerd.
Introduction
Vele experimentele studies van de convectieve warmteoverdracht, met behulp van verschillende technieken voor het meten van de muur en/of de vloeistof temperatuur in een verscheidenheid van stroom configuraties, zijn uitgevoerd in de afgelopen decennia. Een van de factoren die de nauwkeurigheid van temperatuurmetingen in wankele processen beperkt is de trage reactie van de sensoren. Als u lokale momentane wandtemperatuur opnemen, moet de meetapparatuur reageren snel genoeg, terwijl het oppervlak waarop de temperatuur is opgenomen moet worden in thermisch evenwicht met de stroom van de tijd-afhankelijke. De thermische inertie van het oppervlak heeft dus voldoende klein. De relevante termijnen worden bepaald door de hydrodynamische verschijnselen die leiden de verandering in de convectieve warmteoverdracht tot. Snelle tijd reactie is dus van cruciaal belang voor het opnemen van de tijd-afhankelijke temperatuur in transiënte stroom.
Om te voldoen aan deze eisen, wordt een IR-camera gebruikt voor het opnemen van een speciale zelf vervaardigde test-sectie waarmee een snelle temperatuur reactie op wijzigingen in de stroom. Een deel van de muur van de pijp is afgesneden en vervangen door een dunne folie van roestvrij staal. Een soortgelijke aanpak werd gebruikt door Hetsroni et al. 1, echter de folie vroeger was te dik voor het nauwkeurig meten van wijzigingen van de momentane temperaturen en alleen tijd-gemiddelde temperaturen werden gepresenteerd. Verminderen van de folie-dikte verbeterd de reactie tijd aanzienlijk. 2 deze methode werd toegepast in het lab om convectie warmte overdracht coëfficiënten in twee fasen stroom3,4 en voorbijgaande verschijnselen in éénfasig pijp stroom5te meten.
Een schematische lay-out van de twee fasen flow-faciliteit is gegeven in Figuur 1, kan aanvullende informatie over het unieke lucht inlaat apparaat worden gevonden in Babin et al. 3
Onderzoek van de convectieve warmteoverdracht in twee fasen stroom is zeer complex te wijten aan het gedrag van de transiënte stroom en het effect van de ongeldig breuk in de doorsnede van de pijp. Daarom hebben veel studies alleen een gemiddelde Convectie hitte overdracht coëfficiënt voor een bepaalde stroom regeling gepresenteerd als een functie van de specifieke stroom voorwaarden6,7,8,9,10 , 11. echter de papieren door Donnelly et al. 12 en Liu et al. 13 staan voorbeelden van twee fasen lokale Convectie hitte overdracht studies.
De huidige studie behandelt warmte overdracht metingen rond een één langgerekte (Taylor)-zeepbel geïnjecteerd in stagnerende of stroomt vloeistof in een pijp. De Taylor-zeepbel zich voortplant in een constante translationeel snelheid14,15,16. De zeepbel propagatie snelheid is bepaald met behulp van optische sondes methode bestaande uit een laser-lichtbron en een fotodiode3,4.
De combinatie van de IR-camera en de optische sondes zorgt ervoor dat metingen van de lokale momentane convectieve warmteoverdracht als een functie van de afstand van de Taylor bubble boven- of onderkant.
De momentane wandtemperatuur kan worden gebruikt voor het berekenen van de coëfficiënt van de overdracht Convectie hitte, h, alsmede het getal van Nusselt:
, (1)
waar q is de warmtestroom naar de folie, Tw en T∞ zijn de wandtemperatuur en de temperatuur van het water inlaat respectievelijk k is de vloeibare geleidbaarheid en D is de diameter van de pijp. Het bulk-temperatuur die wordt gebruikt bij het bepalen van de warmte overdracht coëfficiënten werd niet gemeten om te voorkomen dat de invoering van een storing van de stroom.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. sectie test voor meting van de momentane temperatuur
- Productieproces van test afdeling (Figuur 2)
- Snijd een segment van een pijp ten minste 70 cm lang.
Opmerking: De diameter en de muur dikte van het gedeelte van de test moet identiek zijn aan die van de pijp gebruikt in de experimentele faciliteit. - Gebruik een freesmachine te snijden van 4 aangrenzende smalle vensters langs de pijp in het gedeelte test, elk venster is 6 mm breed en 80 mm lang met een 25-mm kloof tussen opeenvolgende windows.
- Van een 12 µm dunne roestvrijstalen folie gesneden 40-60 cmlong en 12 mm brede stroken.
Opmerking: De folie zal worden gebruikt voor het afdichten van de Vensters in de proef pijp. Het roestvast staal moet worden bedekt met twee gouden strepen die een kleine afstand van de einden van de folie te markeren en moeten worden gebruikt voor het lassen van de macht levering draden om te Verwarm de folie, Zie Figuur 2. - Het meten van elektrische weerstand van de folie met een ohmmeter.
- Plaats de folie in de pijp als volgt de hieronder beschreven.
- Maak een basis voor het invoegen van de folie in de sectie van de test gemaakt van een stijve buizen met een buitendiameter gelijk aan die van de binnendiameter van de pijp test. Te dien einde knippen een 20 mm breed en ongeveer 80 cm lang deel van de muur van de pijp
- Jas de basis met vet alvorens de folie op het, dat de basis verbreken met de folie in een later stadium te introduceren.
- Plaats de folie op de basis en het afvlakken. Neem een doek met alcohol en reinig de folie uit alle overtollige vet.
- Toepassing de lijm aan de rand van de folie en op de drie segmenten van de folie die overeenkomt met de locatie van de bruggen tussen de opeenvolgende Vensters.
Opmerking: De lijm heeft sterk te zijn met een verharding van de eerste periode van ten minste 20 minuten met het oog op voldoende tijd voor de folie bijlage; epoxy DP 460 wordt gebruikt. - Schuif voorzichtig de basis met de folie in de sectie van de test met de folie omhoog naar de richting van de Vensters.
Opmerking: Dit proces moet worden door twee mensen. - Zorg ervoor dat de folie wordt uitgelijnd met de Vensters, de gouden strepen moet aan de rand van de twee externe windows. Nadat de folie correct is geplaatst en heeft betrekking op de ramen, koppelt u de basis aan de proef pijp aan elk uiteinde met behulp van een klem.
- Zorgvuldig een gevouwen fiets innerlijke band invoegen in de pijp onder de basis, vet van de band indien nodig. Opblazen van de band. Observeren tijdens de inflatie de lijm verspreiden over de folie en het bereiken van de basis.
Opmerking: De druk van de opgepompte band moet garanderen dat de lijm de binnenwand van de pijp en de folie binden zal. Dit zal ook vorm van de folie aan de kromming van de pijp en verminderen van elke mogelijke storingen aan het stroom als gevolg van de folie of de lijm. - Met een doek, schakelt u alle overtollige lijm die heeft bereikt de openingen van het venster.
- Laat de lijm droog voor 24 h. "deflate" de band, het uitpakken en openen van de klemmen.
- De basis verbreken op de folie en de pijp in de volgende stappen uit:
- Zachtjes aanraken elk uiteinde van de basis te voelen welk uiteinde is gemakkelijker te verbreken en beginnen daarom verbreken.
- Gebruik een lange roller of een vergelijkbaar object te verbreken van de oorspronkelijke basis geleidelijk, langzaam in de pijp, totdat de hele basis wordt verbroken en de folie veilig onbeschadigd op de pijp blijft.
Opmerking: Dit proces moet zorgvuldig worden gedaan ter bescherming van het zegel; Als het zegel is geruïneerd een nieuwe moet warmte overdracht test pijp-eenheid worden gemaakt. - Controleer dat de pijp is verzegeld door Sluit één uiteinde van de pijp en de pijp met water te vullen.
- Reinig het overtollige vet van de binnenkant van de pijp met water en zeep.
- Verbind de draden van de elektrische verwarming door lassen aan de gouden strepen op de folie.
Opmerking: Ter bescherming van de folie op deze plekken, wordt voorgesteld om eerst een kleine cooper-chip aan de folie te koppelen en vervolgens de draad aan het lassen. - Met een thermische lijm verbinden met een T-type thermokoppel onder in elk venster. Deze thermokoppels zal later worden gebruikt in het IR camera kalibratieproces.
Opmerking: De lezingen van de temperatuur van de thermokoppels worden geregistreerd en geregistreerd door een PC met behulp van een A/D converter. - Spray verf de buitenkant van de folie met een zwart mat spray om te maximaliseren van het stralingsvermogen.
- Snijd een segment van een pijp ten minste 70 cm lang.
- Toepassing van de warmtestroom aan folie
- Verbind de draden van de elektrische verwarming van de rand van de folie aan een DC power supply.
- De elektrische stroom zodat de folie zal het bereiken van een gewenste temperatuur instellen
Opmerking: Een temperatuur die afbreuk kan doen aan de pijp niet bereiken. Voor plexiglas is de limiet ongeveer 45 ° C. Echter, moet u voor het opwarmen van de folie genoeg om ervoor te zorgen dat de folie van temperatuur ten minste een paar graden over de temperatuur van het water inlaat, zelfs tijdens de koeling staat als gevolg van de voorbijgaande veranderingen verwacht in de stroom blijft. - Bereken de warmtestroom toegepast Q = ik2R waar ik de huidige toegepast en R is de elektrische weerstand van de folie.
Opmerking: De warmteoverdracht uit de buitenste zijde van de folie dat openstaat voor lucht is te verwaarlozen in vergelijking met de warmteoverdracht aan het water in de pijp2. - Sluit een bestuurbare elektrische schakelaar van PC aan op één van de draden van de flux warmte om te controleren het warmte flux impulsief starten en afsluiten.
- IR camera
Opmerking: gedetailleerde specificaties van de IR-camera gebruikt in het lab kunnen worden gezien in Ferhstman3,4. De camera is aangesloten op een PC en gecontroleerd door een computer.- Indien mogelijk, de IR-camera aansluit op een set van geleiders waardoor driedimensionale beweging van de camera gemakkelijk om het te plaatsen op verschillende posities langs de test-sectie.
- Zet de IR-camera een paar minuten voordat het uitvoeren van alle metingen, de interne sensoren Neem tijd om af te koelen tot de vereiste temperatuur.
- Plaats de IR camera een paar centimeter van het oppervlak binnen de brandpuntsafstand van de camera om zich te concentreren.
Opmerking: Afhankelijk van de cameraresolutie zorg ervoor dat het gebied gemeten niet kleiner is dan een enkele pixel. Het verdient de voorkeur dat de oppervlakte die is gemeten van de bestaande uit een aantal pixels. - Focus verplaatsen van het IR-camera.
- IR camera kalibratieproces:
- Toepassing warmtestroom zoals in 1.2 en wacht totdat een thermische stationaire toestand is bereikt, dat wil zeggen zodra de thermokoppels op de folie record constante temperatuur geplaatst. Meet de omgevingstemperatuur in de buurt van de experimentele faciliteit met een thermokoppel.
Opmerking: Deze temperatuur zal worden gebruikt als de gereflecteerde temperatuur van het oppervlak. Deze parameter is voor een hoge waarde van oppervlakte stralingsvermogen, bijna te verwaarlozen. - Voer de omgevingstemperatuur als van de IR-camera parameter van gereflecteerde temperatuur.
- Vergelijk voor elk venster in de folie, de temperatuur opgenomen door de IR-camera naar de opname van de thermokoppel van dat venster. De eigenschap van de stralingsvermogen van de IR-camera aanpassen totdat de opname van de temperatuur van de IR-camera gelijk aan de temperatuur opgenomen door het thermokoppel is.
Opmerking: Dit kan worden gedaan voor verschillende warmte flux waarden; het stralingsvermogen is echter niet gevoelig op dit relatief lage temperatuur bereik. In de experimentele opnamen was de gemiddelde waarde van stralingsvermogen 0.98.
- Toepassing warmtestroom zoals in 1.2 en wacht totdat een thermische stationaire toestand is bereikt, dat wil zeggen zodra de thermokoppels op de folie record constante temperatuur geplaatst. Meet de omgevingstemperatuur in de buurt van de experimentele faciliteit met een thermokoppel.
2. metingen van Taylor Bubble translationeel snelheid en de lengte
-
Optische sonde
Opmerking: de optische sonde omvat een laser-lichtbron en een fotodiode. Wanneer de hele doorsnede van de pijp water bevat, is de fotodiode waardoor het circuit moet worden gesloten de laserstraal op gericht. Wanneer de laserstraal de luchtbel raakt, het is uit de fotodiode stootte en opent het circuit. Dus, een binair signaal wordt verkregen, die aangeeft of de optische sonde voor een luchtbel of van een vloeibare slak.- Bouwen om te verbinden de sensor naar de A/D kaart, het volgende circuit (Figuur 3).
- Inschakelen van de laser, het punt op de diode. Controleer de digitale ingang van het circuit A/D software. Als de laser de diode raakt, vervolgens het circuit is gesloten en een positief signaal moet verschijnen.
Opmerking: Zorg ervoor dat de diode gevoelig voor de uitvoer van de golflengte van de laser is. De optische sensoren gegevens is opgenomen in de frequentie van 1 kHz.
3. experimentele Procedure
- De test-sectie verbinden met het experimentele faciliteit, door flenzen of pijp records.
- De verwarming elektrische draden verbinden met de krachtbron en de thermokoppels naar een geautomatiseerde temperatuur-recorder.
- Plaats de IR camera voor het gedeelte van de test op de gewenste locatie.
- Zorg ervoor dat de camera is gericht op de folie; Dit is makkelijker te doen met de warmtestroom op.
- Toepassing van de warmtestroom (1.2) en het uitvoeren van het IR camera kalibratieproces (1.3.5).
- Plaats de twee optische sondes langs de proef pijp
Opmerking: Indien mogelijk, een optische sonde plaats op de locatie van de IR-camera; Hierdoor kan synchronisatie tussen de temperatuurmeting en de locatie van de zeepbel, zoals de zeepbel niet zichtbaar voor de IR-camera is. Als niet mogelijk is, moet u de resultaten dienovereenkomstig in tijd verschuiven de bubble-snelheid en de afstand tussen de IR-camera en de optische sonde.- Controleer of de laserstraal inderdaad de diode raakt en een positieve lezing levert.
- Zet de waterpomp en selecteer het gewenste debiet. Toepassing warmtestroom door de stroom van de voeding aan te passen.
- Wacht totdat de temperatuur van een stationaire toestand wordt bereikt. Het computerprogramma te registreren van de wandtemperatuur van een Enkelfasige pijp stroom uitvoeren.
Opmerking: Om te isoleren van het effect van de Taylor-zeepbel op de coëfficiënt van de overdracht Convectie hitte, is het essentieel om te meten eerst de Convectie hitte overdracht coëfficiënt in Enkelfasige stroom op een identieke flow rate en warmte flux zoals in de twee fasen experimenten. Het is aanbevolen om dit uit te voeren voor elke individuele evenement. - Uitvoeren van het computerprogramma regelt dat de zeepbel injectie.
Opmerking: Dit programma moet eerst injecteren een enkele Taylor-zeepbel gelijktijdig meet de temperatuur van de muur met behulp van de IR-camera en de binaire signalen van de twee optische sondes opnemen. Deze twee metingen moeten worden gesynchroniseerd om te voorkomen dat de extra tijd verschuivingen tussen de opnamen. - Tussen de pistes, voldoende tijd om ervoor te zorgen dat het systeem terug naar de oorspronkelijke voorwaarden, d.w.z. de wandtemperatuur keert terug naar de enkelfasige steady-state beginwaarde instellen
Opmerking: Het is mogelijk dat de wandtemperatuur van de enkelfasige steady-state stroom in gevallen waar een hoog warmtestroom continu brandt zal toenemen. Dit moet vermeden worden door het sluiten van de warmtestroom en het nemen van een pauze in de experimenten.
4. verwerking van de gegevens
- Berekenen van de coëfficiënt van de overdracht warmte voor Enkelfasige steady-state omstandigheden op basis van eq. 1.
Opmerking: Deze coëfficiënt is onafhankelijk van tijd. Het zal worden gebruikt als een normaliserend factor in het vervolg.- Voor elk individueel onderdeel opgenomen onder bepaalde voorwaarden, de Taylor bubbels lengte berekenen en translationeel snelheid door te verdelen de afstand tussen de optische sondes, L, door het periode-interval van de tip-aankomst tijd aan elke optische sensor:
, waar tL1 en tL2 de tijden van de zeepbel tip komst aan de onderste en bovenste optische sensoren, respectievelijk zijn. - Gebruik de Taylor-zeepbel translationeel snelheid voor het berekenen van de lengte van de zeepbel door vermenigvuldiging met de duur van het open circuit van één van de optische sondes.
- Voor elk individueel onderdeel opgenomen onder bepaalde voorwaarden, de Taylor bubbels lengte berekenen en translationeel snelheid door te verdelen de afstand tussen de optische sondes, L, door het periode-interval van de tip-aankomst tijd aan elke optische sensor:
- Berekening van de coëfficiënt van de overdracht ogenblikkelijke lokale warmte voor stroom in twee fasen moet worden gedaan als volgt:
Opmerking: Hoewel de hele experimentele proces is geautomatiseerd, de lengte en de translationeel snelheid van de belletjes Taylor niet constant moeten blijven precies bij elke experimentele run. Daarom is het moment waarop de zeepbel het meetpunt bereikt varieert. De optische sondes en de IR-camera hebben verschillende frame rates, respectievelijk 1000 en 30 Hz.- Met behulp van de optische sonde gelegen in de nabijheid van de IR-camera, record op het moment dat de zeepbel tip aankomstdatum.
- Deze trigger signaal biedt de referentieperiode voor de IR camera opname.
Opmerking: Ensemble gemiddelde proces is noodzakelijk voor het verkrijgen van de coëfficiënt van de overdracht Convectie hitte als een functie van de afstand van de onderkant van de zeepbel aan het meetpunt, z, waar z= 0 komt overeen met de onderkant van de zeepbel. Deze parameter moet worden genormaliseerd door de pijp diameter D. - Stel een resolutie voor z/D. Alle geregistreerde gegevenswaarden voor elk individueel onderdeel (overeenkomend met identieke omstandigheden) binnen het bereik van de voorgeschreven ruimtelijke resolutie vallen en moeten worden gemiddeld voor één enkele representatieve waarde van de wandtemperatuur op die afstand van de zeepbel bodem.
Opmerking: Deze ruimtelijke resolutie moet besloten worden gebaseerd op de frequentie van de opname van de IR-camera en op de translationeel snelheid van de bubble Taylor. In deze studie werd het genomen tussen 0,15-0,3. - Berekenen van de coëfficiënt van de overdracht van warmte als functie van de afstand van de zeepbel tip/onderkant met eq. 1.
- Normaliseren van de coëfficiënt van twee fasen lokale momentane warmte overdracht door de enkelfasige constante coëfficiënt.
Opmerking: Deze verhouding tussen vertegenwoordigt een verbetering van de overdrachtsnelheid van Convectie hitte als gevolg van de passage van de zeepbel in vergelijking met de enkelfasige stroom.
, waar tL1 en tL2 de tijden van de zeepbel tip komst aan de onderste en bovenste optische sensoren, respectievelijk zijn.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Een voorbeeld van de optische sensoren output records is getoond in Figuur 4 voor een enkele Taylor zeepbel stijgt in een verticale pijp gevuld met stilstaand water. De eerste grote daling vertegenwoordigt de opening van het circuit te wijten aan het uiteinde van de zeepbel Taylor, terwijl de later veel kortere druppels na de opkomst op de oorspronkelijke waarde als gevolg van het verstrijken van de verlengde bubbels staart, vertegenwoordigen de verspreide bubbels in de vloeibare kielzog achter de Taylor-zeepbel. De verschuiving van de tijd tussen de uitgangen van de twee optische sondes is duidelijk en is te wijten aan de afstand tussen de twee sondes langs de pijp. In dit experiment, zijn de sondes ruimte door 0.09 m. de translationeel snelheid berekenen door eq. 3 resultaten in Ut= 0,23 m/s; in overleg met Dumitrescu13 voor een zeepbel van de Taylor teeltmateriaal in een verticale pijp met stilstaand water:
De Taylor zeepbel lengte wordt gemeten door de translationeel snelheid met de duur van het verstrijken van de verlengde zeepbel te vermenigvuldigen:
die correspondeert met LB = 3.54D.
De representatieve ensemble-gemiddeld resultaten van de coëfficiënt van de overdracht lokale Convectie hitte als gevolg van het verstrijken van een 3.5 D lang één Taylor zeepbel stijgende in stilstaand water in een verticale pijp worden getekend in Figuur 5. De resultaten worden gepresenteerd in een referentiekader verplaatsen met de zeepbel bodem, dus de negatieve waarden tot z/D=-3.5 corresponderen met de zeepbel regio waar een dunne film tussen de zeepbel en pijp muur scheidt. De resultaten van de twee fasen stroom convectieve coëfficiënten worden genormaliseerd door de waarde van de coëfficiënt Enkelfasige stroom. Het is evident dat de grootste waarde in de warmte overdracht convectieve coëfficiënt is een paar diameters achter de zeepbel bodem bereikt en maar liefst twee keer hoger in vergelijking met de enkelfasige stroming het dezelfde debiet kan worden. Bovendien heeft het effect van de Taylor-zeepbel op de wandtemperatuur een langdurig effect, resterende essentieel tot honderden diameters achter de Taylor bubble bodem. Dit wordt toegeschreven aan het spoor achter de zeepbel. Deze resultaten dienen als een duidelijk bewijs van de groeiende interesse in twee fasen stroom als koeling mechanisme.
Figuur 1. Schematische lay-out van de experimentele faciliteit met warmte overdracht metingen sectie testen. Bijzonderheden van de sectie ingang van lucht en water zijn opgenomen in de insert. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. Een schematische lay-out van de test afdeling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3 . Het elektrische circuit van optische sensor aansluiten tussen de diode en de A/D kaart aan de PC gekoppeld. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4 . De optische sensor met een opname voor een zeepbel van de Taylor stijgt in stagnerende water. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5. Lokale warmte overdracht coëfficiënten langs een enkele slak eenheid voor stagnerende vloeibaar genormaliseerd (q= 2100 W/m2). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Experimentele onderzoek van de lokale warmteoverdracht in voorbijgaande pijp stroom is een ingewikkelde taak waarvoor high-end meetinstrumenten en methoden, alsmede een custom-built experimentele faciliteit, met name een sectie speciaal ontworpen test. Dit protocol wordt weergegeven op een thermografie techniek die kan snel tijdelijke veranderingen in wandtemperatuur en tarief van de overdracht van warmte als gevolg van de variaties in de stroom hydrodynamica getrouw te meten.
Een gedetailleerde beschrijving van het productieproces van het gedeelte van de test wordt gepresenteerd. De kritieke stap in de voorbereiding van de faciliteit is een deel van de muur van de pijp te vervangen door een dunne folie van roestvrij staal. De folie wordt verwarmd door een elektrische stroom; de binnenzijde staat open voor de stroom van de tijd-afhankelijke veld, terwijl de buitenzijde is gefilmd door een IR-camera dus het opsporen van wijzigingen in de temperatuur van de momentane folie. De temporele reactie van de folie vormt de enige beperking van deze techniek. Het materiaal en de dikte van de folie moeten zijn geselecteerd om te zorgen voor een voldoende snelle tijd reactie ten opzichte van de karakteristieke tijden van de verschijnselen beschouwd.
De methode toegepast kunt momentane IR camera gebaseerde warmteoverdracht metingen ten opzichte van de bewegende Taylor-zeepbel, zoals bepaald door de optische middelen. Een ensemble procedure gemiddeld over talrijke realisaties van het experiment voor bepaalde operationele voorwaarden toegepast in de huidige studie zorgt voor betrouwbare resultaten te verkrijgen. De voorgestelde techniek kan worden gebruikt voor de karakterisering van de lokale voorbijgaande warmteoverdracht in één en multifase stromen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Dit werk werd gesteund door de Israël Science Foundation, subsidie # 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
- 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).
