قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين
Summary
هذه المخطوطة يصف الأساليب التي تهدف إلى قياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في تدفق أنابيب واحدة أو مرحلتين. ويرد أيضا أسلوب بصري بسيط لتحديد الطول وسرعة نشر ممدود فقاعة هواء (تايلور) تتحرك سرعة ثابتة.
Abstract
ويقدم هذا المخطوط وصف خطوة بخطوة لعملية التصنيع من مقطع اختبار مصمم لقياس معامل نقل الحرارة الآنية المحلية كدالة لمعدل تدفق السائل في أنبوب شفاف. مع بعض التعديلات، يتم توسيع النهج إلى تدفق الغاز السائل، مع تركيز بشكل خاص على تأثير فقاعة هواء (تايلور) ممدود واحد على تعزيز نقل الحرارة. يتم تطبيق تقنية الحراري وغير الغازية قياس درجة حرارة لحظية رقائق معدنية رقيقة يسخن كهربائياً. التصاق إحباط لتغطية فتحه ضيقة قطع في الأنابيب. القصور الحراري لإحباط صغيرة بما يكفي للكشف عن الاختلاف في درجة الحرارة إحباط لحظية. مقطع الاختبار يمكن نقلها على طول الأنابيب وطويل بما يكفي لتغطية جزء كبير من الطبقة الحدودية الحراري المتزايد.
في بداية كل تشغيل تجريبي، هو تحقيق حالة مستقرة مع تدفق مياه مستمر تدفق معدل والحرارة لإحباط ويخدم كالمرجع. ثم يتم حقن فقاعة تايلور في الأنابيب. يتم قياس الاختلافات معامل نقل الحرارة بسبب مرور فقاعة تايلور نشر في أنبوب عمودي كدالة لمسافة نقطة القياس من أسفل الفقاعة تايلور تتحرك. وهكذا، تمثل النتائج معاملات نقل الحرارة المحلية. يدير مستقلة متعددة بريفورميد تحت ظروف مماثلة السماح بتراكم ما يكفي من البيانات لحساب نتائج موثوق بها الفرقة في المتوسط على نقل الحرارة الحمل الحراري عابرة. للقيام بهذا في إطار مرجعي تتحرك مع الفقاعة، قد موقع فقاعة على طول الأنابيب يكون معروفا في جميع الأوقات. ويرد وصف مفصل لقياسات طول وسرعة الفقاعات تايلور من المسابر الضوئية متعدية الجنسيات.
Introduction
تم إجراء العديد من الدراسات التجريبية لنقل الحرارة الحمل الحراري، باستخدام تقنيات مختلفة لقياس الجدار و/أو درجة حرارة السوائل في مجموعة متنوعة من تكوينات التدفق، خلال العقود الماضية. واحدة من العوامل التي تحد من دقة قياسات درجات الحرارة في العمليات متقلب هو الاستجابة البطيئة من أجهزة الاستشعار. لتسجيل درجة الحرارة المحلية الجدار لحظية، لديه معدات قياس الاستجابة بسرعة كافية، بينما السطح الذي يتم تسجيل درجة الحرارة يجب أن تكون في حالة توازن حراري مع تدفق تعتمد على الوقت. وهكذا، قد القصور الحراري من السطح إلى أن تكون صغيرة بما فيه الكفاية. المقاييس الزمنية ذات الصلة التي تحددها هيدرودينامية الظواهر التي تسبب التغيير في نقل الحرارة الحمل الحراري. وبالتالي الاستجابة الوقت السريع أمر حاسم لتسجيل درجة الحرارة تعتمد على الوقت في تدفق عابرة.
للوفاء بهذه المتطلبات، يتم استخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء لتسجيل مقطع اختبار الذاتي مصنعة خاصة التي تسمح درجة حرارة بسرعة استجابة لأي تغيير في التدفق. قطع جزء من الجدار الأنابيب واستبداله بإحباط الفولاذ المقاوم للصدأ رقيقة. نهج مماثل كان يستخدمها هيتسروني et al. 1، ومع ذلك، تم إحباط أنها تستخدم سميكة جداً لقياس التغيرات في درجات الحرارة لحظية بدقة وعرض درجات الحرارة بلغ متوسط الوقت فقط. تقليل سمك إحباط تحسن الاستجابة وقت كبير. 2 تم تطبيق هذا الأسلوب في مختبر لقياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري في تدفق مرحلتين3،4 والظواهر العابرة في مرحلة واحدة أنابيب تدفق5.
تخطيط تخطيطي مرفق تدفق مرحلتين يرد في الشكل 1، معلومات إضافية عن الجهاز مدخل الهواء فريد من نوعه ويمكن الاطلاع على في بابين et al. 3
التحقيق في نقل الحرارة الحمل الحراري في مرحلتين تدفق معقد للغاية بسبب سلوك تدفق عابرة والأثر لكسر الفراغ في المقطع العرضي الأنابيب. لذلك، العديد من الدراسات قد قدمت فقط معامل نقل حرارة الحمل الحراري متوسط لنظام تدفق معين كدالة لتدفق محددة الشروط6،،من78،9،10 , 11-غير أن الورقات التي دونيلي et al. 12 وليو et al. 13 تمثل أمثلة لدراسات نقل الحرارة الحمل الحراري المحلية ذات مرحلتين.
وتتناول هذه الدراسة قياسات نقل الحرارة حول فقاعة (تايلور) واحد ممدود حقن الراكدة أو تدفق السائل في أنبوب. فقاعة تايلور تنتشر في15،،من14ثابت سرعة متعدية الجنسيات16. يتم تحديد سرعة نشر فقاعة استخدام الأسلوب المسابر الضوئية تتألف من مصدر ضوء الليزر والضوئي3،4.
المزيج من كاميرا الأشعة تحت الحمراء ومجسات بصرية يسمح قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية كدالة للمسافة من تايلور فقاعة أعلى أو أسفل.
يمكن استخدام درجة حرارة الجدار لحظية لحساب معامل نقل الحرارة الحمل الحراري، و حاء، وعدد نوسيلت:
، (1)
حيث q هو تدفق الحرارة إلى إحباط، تيدبليو و تي∞ الجدار وحرارة المياه مدخل على التوالي، ك الموصلية السائل وهو مد أنابيب قطرها. تم قياس درجة حرارة الجزء الأكبر الذي يستخدم عادة لتحديد معاملات نقل الحرارة لا بغية تجنب إدخال أي تدخل للتدفق.
Protocol
Representative Results
Discussion
التحقيق التجريبي لنقل الحرارة المحلية في تدفق الأنابيب عابر مهمة معقدة تتطلب أدوات قياس الراقية والأساليب، فضلا عن إنشاء مرفق تجريبي المواصفات، على وجه الخصوص، قسم اختبار مصممة خصيصا. يعرض هذا البروتوكول تقنية الحراري والتي قادرة على قياس التغيرات الزمنية سريعة في درجة حرارة الجدار وفي…
Acknowledgements
هذا العمل كان تدعمه “مؤسسة العلوم إسرائيل”، منحة # 281/14.
Materials
| 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. , (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).
