管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定
Summary
本稿では、1 つまたは二相流でローカルの瞬時対流熱伝達率の測定を目的とした方法を説明します。長さと一定の速度で移動細長い (テイラー) 気泡の伝搬速度を決定する単純な光学的手法について述べる。
Abstract
この原稿は、透明管内の液体の流量の関数として局所瞬時熱伝達率を測定するために設計されたテスト セクションの製造プロセスのステップ バイ ステップの説明を提供します。一定の修正とアプローチが伝熱促進に及ぼす単一細長い (テイラー) の空気の泡に特に重点を置いて、液のフローに拡張されます。電気加熱金属薄膜の瞬時の温度を測定する非侵襲的な赤外線技術が適用されます。箔を接着して、狭いスロット パイプのカットをカバーするため。箔の熱慣性は瞬時箔温度の変動を検出するために十分に小さいです。テスト セクションは、パイプに沿って移動することができ、成長の温度境界層のかなりの部分をカバーするために十分な長さです。
各実験の実行の先頭に、箔に絶え間ない水の流れ率と熱フラックスの定常状態が達成され、参照として提供しています。Taylor 気泡が管にそれから注入されます。鉛直円管内を伝播する Taylor 気泡の通過による熱伝達係数変動は、テイラーの気泡運動の一番下から測定点までの距離の関数として測定されます。つまり、結果は局所熱伝達率を表します。同一条件下で前もって形成された複数の独立した実行は、過渡の対流熱伝達に関する信頼性の高いアンサンブル平均の結果を計算するための十分なデータの蓄積を許可します。バブルの移動参照のフレームに、これを実行するためにに沿ってパイプ気泡の位置がすべての回で知られるように。光プローブによるテイラー泡の並進速度の長さの測定の詳細な説明が表示されます。
Introduction
対流熱伝達、壁やさまざまなフロー構成で流体の温度を測定するさまざまなテクニックを使用しての多くの実験的研究は最後の十年の間に行われています。非定常過程における温度測定の精度を制限する要因の一つは、センサーの応答が遅いです。局所瞬時壁面温度を記録するには、測定装置は温度を記録する表面は非定常流れと熱平衡にする十分な高速応答します。したがって、表面の熱慣性は、十分に小さくなければなりません。関連する時間スケールは、対流熱伝達に変化を起こす流体現象によって決定されます。高速時間応答、過渡的流れの時間依存の温度を記録するため非常に重要です。
これらの要件を満たすためには、赤外線カメラを使用して、フローの変更する高速温度応答を可能にする特別な自社製テスト セクションを記録します。パイプの壁の一部を切断し、薄いステンレス鋼箔に置き換えられます。同様のアプローチは、Hetsroniらによって使用されました。1、しかし、彼らが使用される箔が厚い瞬時温度の変化を正確に測定して時間平均温度だけが発表されました。時間応答をとりもどした箔の厚さを減少させます。2二相流3,4の対流熱伝達率と単相パイプ流れ5における過渡現象を測定する実習で応用しました。
流施設のスケマティック レイアウトを図 1に指定すると、その独自の空気入口デバイスに関する追加情報を連なるらで見つけることができます。3
二相流における対流熱伝達の調査は非定常流れ挙動とパイプ断面におけるボイド率の効果のため非常に複雑です。したがって、多くの研究では、特定のフロー条件6,7,8,9,10の関数として与えられた流れの政体のための平均対流熱伝達率を提示しているだけ,11しますただし、ドネリーらによる論文。12と劉ら13管内対流熱伝達研究の例を表しています。
本研究は、単一細長い (テイラー) 気泡注入による停滞やパイプ内の液体の流れのまわりの熱伝達率計測を扱います。等速並進14,,1516で Taylor 気泡を反映します。バブル伝播速度は、レーザー光源とフォト ダイオード3,4から成る光学プローブ法により算定します。
赤外線カメラと光学プローブの組み合わせテイラー バブルの上部または下部のいずれかからの距離の関数としてローカル瞬時対流熱伝達の測定ができます。
瞬時の壁面温度は、対流熱伝達率、 hヌセルト数を計算するため使用できます。
、(1)
qはTw箔熱流束、 T∞壁温度と入口の水温, kは液体の導電率、 Dはパイプ径。熱伝達係数を決定するために用いられるバルク温度は流れへの干渉を防止するために計上しませんでした。
Protocol
Representative Results
Discussion
一時的なパイプ流の局所熱伝達に関する実験的研究は、特別に設計されたテスト セクションとくに、ハイエンド計測器メソッドと特注の実験施設を必要とする複雑なタスクです。この議定書は、忠実に高速変遷壁温度と流体力学の流れの変化のための熱伝導率を測定することがサーモグラフィー技術を表示します。
テスト セクションの製造プロセスの詳細な説明が表示…
Acknowledgements
この作品は、イスラエル科学財団によって支えられたグラント # 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 |
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