Summary

Измерения местных мгновенной конвективной теплопередачи в трубе - один и двухфазного потока

Published: April 30, 2018
doi:

Summary

Эта рукопись описывает методы, направленные на измерение коэффициентов передачи местных мгновенной теплоотдачи в потоке одно- или двухэтапной трубы. Также представлен простой оптический метод для определения продолжительности и скорости распространения вытянутых пузырьков воздуха (Тейлор), двигаться с постоянной скоростью.

Abstract

Эта рукопись обеспечивает шаг за шагом описание процесса изготовления теста раздел, предназначенный для измерения местных мгновенной коэффициент теплопроводности как функцию расхода жидкости в прозрачной трубе. С некоторыми поправками подход распространяется потоков газ жидкость, с особым упором на воздействие одного вытянутых пузырьков воздуха (Тейлор) на повышение передачи тепла. Метод неинвазивной термография применяется для измерения температуры мгновенно тонкой металлической фольги, с подогревом, электрически. Фольга наклеивается на покрытие слот узким вырезать в трубе. Тепловой инерции фольги является достаточно небольшим, чтобы обнаружить изменения температуры мгновенно фольги. Раздел теста можно перемещать вдоль трубы и достаточно долго покрыть значительную часть растущего тепловой пограничного слоя.

В начале каждого экспериментального запуска, установившемся с постоянной водой потока скорость и тепла флюс для фольги достигается и служит в качестве ссылки. Пузырь Тэйлор затем вводят в трубу. Коэффициент вариации передачи тепла из-за прохождения Тейлор пузырь, распространяющиеся в вертикальной трубе измеряется как функция расстояния между точкой измерения от нижней части движущейся пузырь Тейлор. Таким образом результаты представляют коэффициенты передачи местных тепла. Несколько независимых потоков, предварительно отформованных в одинаковых условиях позволяют аккумулировать достаточные данные для расчета надежных результатов ансамбль в среднем на переходных конвективный теплообмен. Чтобы выполнить это в отсчета, движущихся с пузырь, расположение пузырь вдоль трубы должен быть известен во все времена. Представлено подробное описание измерений длины и поступательные скорости Тейлор пузыри, Оптические зонды.

Introduction

Многочисленные экспериментальные исследования конвективной теплопередачи, используя различные методы для измерения стены и/или температура жидкости в различных конфигураций потока, выполнены в течение последних десятилетий. Одним из факторов, которые ограничивает точность измерения температуры в нестационарных процессах является медленное реагирование датчиков. Для записи температуры местных мгновенной стены, измерительное оборудование имеет достаточно, быстро реагировать в то время как поверхность, на которой регистрируется температура должна быть в термодинамическом равновесии с потоком зависящих от времени. Таким образом тепловой инерции поверхности должен быть достаточно небольшим. Соответствующие временные масштабы определяются гидродинамических явлений, которые вызывают изменения в конвективной теплопередачи. Таким образом, быстрое время отклика имеет решающее значение для записи время зависимых температуры в переходных потока.

Для удовлетворения этих требований, ИК-камера используется для записи специальных самостоятельно изготовленные тест раздел, который позволяет быстро температуры ответ на любое изменение в потоке. Часть стены трубы отрезать и заменить с тонкой фольги из нержавеющей стали. Аналогичный подход был использован в Hetsroni и др. 1, однако, фольга, которую они использовали слишком толстая, чтобы точно измерить изменения мгновенно температур и были представлены только в среднем времени температуры. Уменьшение толщины фольги значительно улучшились время отклика. 2 этот метод был применен в лаборатории для измерения коэффициентов теплоотдачи передачи в двухфазного потока3,4 и переходных явлений в однофазной трубы поток5.

Принципиальная схема двухфазного потока фонда приводится на рисунке 1, дополнительную информацию о уникальный воздуха входе устройства можно найти в Бабин и др. 3

Расследование конвективной теплопередачи в двухфазного потока очень сложен из-за временной поток поведение и действие недействительным дроби в сечении трубы. Таким образом многие исследования только представили средняя конвективной теплопередачи для режима заданного потока в зависимости от конкретного потока условия6,,78,9,10 , 11. Однако, документы, представленные Доннелли и др. 12 и Лю и др. 13 , представляют собой примеры двухфазные местных теплоотдачи передачи исследований.

Настоящее исследование посвящено измерения передачи тепла вокруг одного удлиненные (Тейлор) пузырь вводится в стоячей или течет жидкость в трубе. Пузырь Тейлор распространяет в постоянной поступательные скорости14,,1516. Пузырь скорость распространения определяется с использованием метода Оптические зонды, состоящий из лазерного источника света и фотодиод3,4.

Сочетание из ИК-камеры и оптических зондов позволяет измерения местных мгновенной конвективной теплопередачи как функция расстояния от Тейлора пузырь верхней или нижней.

Температура мгновенно стенки может использоваться для вычисления конвективной теплопередачи, hи числа Нуссельта:

Equation 1, (1)

где q является поток тепла в фольгу, Tw и T температура стенки и температура воды на входе, соответственно, k -жидкости проводимости и D – диаметр трубы. Во избежание введения какого-либо вмешательства в поток измеряется не объемная температура, которая обычно используется для определения коэффициентов передачи тепла.

Protocol

1. проверить раздел для измерения температуры мгновенно Производственный процесс тестирования секции (Рисунок 2) Вырежьте сегмент трубы по крайней мере 70 см длиной.Примечание: Диаметра и толщины стенки секции теста должна быть ид…

Representative Results

Пример оптических датчиков вывода записей представлены на рисунке 4 для одного пузыря Тейлор, растет в вертикальной трубе с застойной водой. Первоначальный большое падение представляет открытие цепи из-за кончик пузырь Тейлор, а позже гораздо короче к…

Discussion

Экспериментальное исследование местной теплопередачи в переходных трубы поток является сложной задачей, которая требует high-end измерительных инструментов и методов, а также заказ экспериментальный центр, в частности, раздел специально разработанных тестов. Настоящий Протокол отображ…

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Фондом науки Израиля, Грант # 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

  1. 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).
  2. Babin, V. . Experimental investigation of the local heat transfer in gas-liquid slug flow. , (2015).
  3. 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).
  4. Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, Instantaneous heat transfer rate around consecutive Taylor bubbles. Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 865-873 (2016).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Nicklin, D. J., Wilkes, J. O., Davidson, J. F. Two-phase flow in vertical tubes. Trans. Inst. Chem. Eng. 40, 61 (1962).
  13. 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).
  14. Liu, T., Pan, C. Infrared thermography measurement of two-phase boiling flow heat transfer in a microchannel. Applied thermal engineering. 94, 568-578 (2016).
  15. Dumitrescu, D. T. Stromung an einer Luftblase im senkrechten Rohr. Z. Ang. Math. Mech. 23, 139 (1943).
  16. 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).

Play Video

Cite This Article
Fershtman, A., Barnea, D., Shemer, L. Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe – Single and Two-phase Flow. J. Vis. Exp. (134), e57437, doi:10.3791/57437 (2018).

View Video