파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

Summary

이 원고에는 단일 또는 2 단계 파이프 흐름에서 로컬 순간 대류 열 전달 계수를 측정 하기 위한 방법을 설명 합니다. 길이 일정 한 속도로 이동 하는 길쭉한 (테일러) 공기 거품의 전파 속도 결정 하는 간단한 광학 방법 또한 제공 됩니다.

Abstract

이 원고에서는 투명 파이프는 액체 흐름 속도의 기능으로 로컬 즉각적인 열 전달 계수를 측정 하도록 설계 된 테스트 섹션의 제조 과정의 단계적으로 설명 합니다. 특정 수정 접근 가스-액체 흐름, 열 전달 향상에 단일 길쭉한 (테일러) 공기 거품의 영향에 특정 한 강조와 함께 확장 됩니다. 비-침략 적 thermography 기술은 얇은 금속 포 일 전기 온수의 순간 온도 측정에 적용 됩니다. 호 일은 파이프에서 잘라 좁은 슬롯 커버에 붙어 됩니다. 포 일의 열 관성은 즉각적인 호 일 온도 변화를 감지 하. 테스트 섹션 파이프를 따라 이동 될 수 있다 고 성장 열 경계 층의 상당 부분을 충당 하기 위해 충분히.

각 실험 실행의 시작 부분에 호 일 하는 지속적인 물 흐름 속도 열 플럭스와 정상 상태 얻을 하 고 참조로 제공. 테일러 거품 다음 파이프에 주입 됩니다. 테일러 거품 수직 파이프에서 전파의 통로 인 열 전달 계수 유사 이동 테일러 거품의 하단에서 측정 포인트의 거리의 기능으로 측정 된다. 따라서, 결과 로컬 열 전달 계수를 나타냅니다. 여러 독립 실행 동일한 조건 하에서 preformed 과도 대류 열 전달에 신뢰할 수 있는 앙상블 평균 결과 계산 하기 위해 충분 한 데이터를 축적 수 있습니다. 기준 틀 이동 하는 거품에 이것을 수행 하기 위해 파이프를 따라 거품의 위치에 항상 있다. 광 조사에 의해 테일러 거품의 변환 속도의 측정 길이 대 한 자세한 설명을 제공 됩니다.

Introduction

대류 열 전달, 다른 기술을 사용 하 여 벽 또는 흐름 구성, 다양 한 유체 온도 측정의 수많은 실험 연구는 마지막 십 년간 동안 수행 되었습니다. 정한 프로세스에서 온도 측정의 정확도 제한 하는 요인 중 하나는 센서의 느린 응답 이다. 측정 장비 표면 온도 기록 시간에 따른 흐름 열 평형에 있다 하는 동안, 빨리 응답 했다 로컬 순간 벽 온도 기록. 따라서, 표면의 열 관성은 충분히 작은 되어야 합니다. 관련 된 시간의 척도 대류 열 전달에 변화를 일으키는 원인이 되는 유체역학 현상에 의해 결정 됩니다. 빠른 시간 응답은 따라서 일시적 흐름에 시간에 따른 온도 기록에 대 한 중요 합니다.

이러한 요구 사항에 맞게, IR 카메라는 흐름에서 어떤 변화에 빠른 온도 응답을 허용 하는 특별 한 자체 제조 테스트 섹션을 기록 하는 데 사용 됩니다. 파이프 벽의 일부를 잘라 이며 얇은 스테인리스 스틸 호 일 대체. 이와 유사한 방법이 Hetsroni 그 외 여러분 에 의해 사용 되었다 그러나 ¹,, 그들이 사용 하는 포 일 너무 두꺼운 했다 순간 온도 변화를 정확 하 게 측정 하 고 시간 평균 온도 제시 했다. 호 일 두께 감소 시간 응답 상당히 향상. ² 이 방법은 2 단계 흐름^3,4 대류 열 전달 계수 및 단상 파이프 흐름⁵과도 현상을 측정 하는 실험실에서 적용 되었다.

2 단계 흐름 시설 구조 레이아웃은 그림 1에 주어 집니다, 독특한 공기 유입 장치에 대 한 추가 정보에서에서 찾을 수 있습니다 Babin 외. ³

2 단계 흐름에 대류 열 전달의 일시적인 흐름 동작 및 파이프 횡단면에서 void 분수의 효과 매우 복잡 하다. 따라서, 많은 연구만 제시 주어진된 흐름 정권에 대 한 평균 대류 열 전달 계수는 특정 조건^6,7,8,,910 의 기능으로 ^{, 그러나 11}.도 넬리 외. 여 서류 ¹² 와 리 우 외. ¹³ 2 단계 지역 대류 열 전달 연구의 예를 나타냅니다.

현재 연구는 단일 길쭉한 (테일러) 거품 정체에 주입 또는 흐르는 액체를 파이프에 주위 열 전송 측정 다룹니다. 테일러 거품 상수 변환 속도^14,,1516에 전파합니다. 거품 전파 속도 레이저 광원의 포토 다이오드^3,4로 구성 된 광학 조사 방법을 사용 하 여 결정 됩니다.

광학 프로브와 IR 카메라의 조합은 테일러 거품 상단 또는 하단에서 거리의 기능으로 로컬 순간 대류 열 전달의 측정을 허용 한다.

순간 벽 온도 대류 열 전달 계수, h, Nusselt 수를 계산에 사용할 수 있습니다.

(1)

q 는 호 일 T_w 를 열 플럭스와 T_∞ 는 벽 온도 입구 수 온 각각 k 액체 전도도 이며 D 는 파이프 직경. 일반적으로 열 전달 계수를 결정 하는 데 사용 되는 대량 온도 하지 도입 흐름에 어떤 방해를 피하기 위하여 측정 되었다.

Protocol

1. 순간 온도 측정에 대 한 섹션을 테스트 합니다. 제조 공정 테스트 섹션의 (그림 2) 긴 파이프 적어도 70 cm의 세그먼트를 잘라.참고: 테스트 섹션의 직경과 벽 두께 실험 시설에 사용 되는 파이프의 동일 해야 합니다. 밀링 기계를 사용 하 여 잘라 테스트 섹션에서 파이프를 따라 4 인접 한 좁은 창, 각 창 폭 6 m m …

Representative Results

광학 센서의 예 출력 레코드 정체 하는 물으로 가득 수직 파이프에서 상승 한 테일러 거품에 대 한 그림 4 에 표시 됩니다. 초기 큰 드롭 나타냅니다 테일러 거품 팁으로 인해 회로의 개방, 나중 하면서 많은 짧은 방울 길쭉한 거품 꼬리의 통과 인해 초기 값 상승에 따라 대표 액체에 분산 된 거품 뒤에 테일러 거품이 있다. 두 개의 광학 감지기의 출력 …

Discussion

실험 조사 지역 열 전달 과도 파이프 흐름에서의 복잡 한 작업을 사용자 실험 시설 뿐만 아니라 고급 측정 계기와 방법, 특히, 필요로 하는 특수 설계 된 테스트 섹션입니다. 현재 프로토콜 표시 thermography 기술을 충실 하 게 벽 온도 열 전송 속도 흐름 유체역학에 있는 변이 때문에 빨리 시간적 변화를 측정 합니다.

테스트 섹션의 제조 공정에 대 한 자세한 설명이 제공 됩니다. …

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