Измерения местных мгновенной конвективной теплопередачи в трубе - один и двухфазного потока
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:
, (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
Representative Results
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
- 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).
