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。

瞬時温度の測定のためのセクションをテストします。
<ol><li>テスト セクションの製造工程 (図 2)
	<ol>
<li>パイプ、少なくとも 70 cm の長さのセグメントをカットします。 注:テスト セクションの径や壁の厚さを実験施設で使用されるパイプと同じにする必要があります。</li>
		<li>テスト セクション内パイプに沿って 4 つの隣接する狭いウィンドウをカットする加工機を使用して、各ウィンドウは幅 6 mm、80 mm 長い連続したウィンドウ間 25 mm のギャップ。</li>
		<li>12 μ m 薄いステンレス鋼箔から 40-60 cmlong と 12 mm 幅のストリップをカットします。 注:テスト管の窓を密封し、箔が使用されます。ステンレス鋼は、箔の端から小さな距離をマークし、箔を熱、図 2を参照してください電源供給線を溶接するために使用する 2 つのゴールドのストライプでコーティングする必要があります。</li>
		<li>抵抗計を使用して箔の電気抵抗を測定します。</li>
		<li>下記の手順に従ってパイプ内で箔を配置します。<ol>
<li>外径と同等の硬質管のテストのセクションをテスト パイプ内径に箔を挿入するための基礎を作成します。このため、20 mm 幅と約 80 cm 長いパイプ壁の一部をカットします。</li>
			<li>コート箔から後の段階で基礎の切断を許可することで、箔を置く前にグリースの基礎。</li>
			<li>基礎に箔を置き、それを平らにします。布にアルコールを取るし、グリースの過剰から箔をきれい。</li>
			<li>箔周囲と連続窓との架け橋の位置に対応する箔の 3 つのセグメントに接着剤を適用します。 注:接着剤は、箔の添付ファイル処理のための十分な時間を確保するために、少なくとも 20 分の初期硬化期間で強くなるにはエポキシ DP 460 が使用されます。</li>
			<li>注意深くテスト セクションに窓に向かって上向き箔と箔と基礎を挿入します。 注:このプロセスは、二人で行う必要があります。</li>
			<li>箔を窓に合わせゴールド ストライプは 2 つの外部ウィンドウの端にする必要があることを確認します。箔は正しく配置され、窓をカバー、一度クランプを使用して基礎をテスト パイプ両端にリンクします。</li>
			<li>慎重に折り畳まれた自転車の内側タイヤを基礎下管に挿入し、グリース タイヤは必要な場合。タイヤを膨らませます。インフレーションの間接着剤ホイルに広がって、基礎に到達を確認します。 注:水増しタイヤによって適用される圧力は、パイプ内面と箔に接着剤が結ぶことを保証するべき。また形状パイプの曲率を箔、箔または接着剤による流れへの可能な干渉を低減します。</li>
			<li>布で、窓の開口部に達しているすべての余分な接着剤をオフにします。</li>
			<li>タイヤ 24 時間圧縮の接着剤の乾燥を聞かせて、それを抽出し、クランプを開きます。</li>
			<li>箔と以下の手順でパイプから基盤を取り外します。<ol>
<li>切断し、その端点から切断を開始する方が簡単だ感じるように基礎の各端にそっと触れます。</li>
				<li>長いローラーまたは類似のオブジェクトを使用して、徐々 に元の基礎を切断、全体の基礎を切断し、箔のまま安全にパイプの破損していないパイプにゆっくりと移動します。 注:このプロセスはシールを保護するために慎重に行う必要があります。新しいシールを台無し場合熱転送テスト パイプ ユニットがすべきであります。</li>
				<li>パイプは、パイプの一端を閉じて、水パイプを入力しシールをチェックしてください。</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>水と石鹸でパイプの内側から余分なグリースをきれいに。</li>
		<li>箔の黄金色のストライプを溶接する電気暖房の配線を接続します。 注:これらのスポットで箔を保護するためには、最初小さなクーパー チップを箔にリンクしそれにワイヤを溶接することをお勧めします。</li>
		<li>熱接着剤で各ウィンドウの下部に T 型熱電対を接続します。これらの熱電対は、IR カメラ校正プロセスで後で使用されます。 注:熱電対の温度の測定値は記録および A/D 変換器を用いた PC によって記録されました。</li>
		<li>スプレーは、放射率を最大化するために黒マット スプレーで箔の外側をペイントします。</li>
	</ol></li>
	<li>箔に熱流束を適用します。
	<ol>
<li>DC 電源に箔の端から電気暖房の配線を接続します。</li>
		<li>箔が望ましい温度に達するので、電流を設定します。 注:パイプを損なう可能性のある温度に到達しません。プレキシ ガラスの上限は 45 ° c. についてただし、必ずを保つためホイルの温度少なくとも数度入口水温をフローで予想される過渡変化により冷却状態中であっても十分な箔を加熱します。</li>
		<li>熱流束Qの適用を計算私2R は加えられた電流、 Rは箔の電気抵抗を =。 注:空気に開いているホイルの外側からの熱伝達は水パイプ2の内部への熱伝達に比較して無視できます。</li>
		<li>熱流束の衝動的な開始およびシャット ダウンを制御するために熱流束線のいずれかの PC 制御可能な電気スイッチに接続します。</li>
	</ol></li>
	<li>赤外線カメラ 注: Ferhstman3,4ラボで使用する赤外線カメラの詳細な仕様を見ることができます。カメラを PC に接続し、コンピューターによって制御されます。<ol>
<li>可能であれば、IR カメラを簡単にテスト セクションに沿って別の位置に配置するカメラの三次元的運動を有効にするレールのセットに接続します。</li>
		<li>測定を実行する前に数分を IR カメラの電源は、内部のセンサーが所定の温度まで冷却する時間を取る。</li>
		<li>赤外線カメラ焦点を有効にするためにカメラの焦点距離内表面から数センチを配置します。 注:カメラの解像度によって、測定領域が単一のピクセルより小さくないことを確認してあります。ピクセル数から成る測定表面の領域を持っていることをお勧めします。</li>
		<li>赤外線カメラのフォーカスを設定します。</li>
		<li>IR のカメラのキャリブレーションのプロセス:<ol>
<li>熱的定常状態に達するまで、すなわち一度箔の記録の一定の温度で熱電対を配置、1.2 と待機で述べたように熱流束を適用します。熱電対の実験施設の近くの周囲の温度を測定します。 注:この温度は、表面の反射の温度として使用されます。表面の放射率の高い値は、このパラメーターはほとんど無視できます。</li>
			<li>反射温度の赤外線カメラのパラメーターとして周囲温度を入力します。</li>
			<li>箔の各ウィンドウは、そのウィンドウの熱電対の録音を赤外線カメラで記録された温度を比較します。赤外線カメラの温度記録が熱電対に記録された温度になるまでは、IR カメラの放射率のプロパティを調整します。 注:これは、いくつか熱流束値を行うことができます。ただし、放射率はこの比較的低温域で区別されません。実験的なレコーディングでは、放射率の平均値は 0.98 をだった。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2 テイラー泡の並進速度とその長さの測定
<ol><li>
光プローブ 注:レーザー光源とフォト ダイオード、光プローブが含まれます。パイプの断面全体に水が含まれているレーザー ビームは閉鎖回路を引き起こしているフォト ダイオードで指摘しました。レーザー光は、空気の泡をヒットして、フォト ダイオードから位置を微調整、回路を開きます。したがって、光プローブが気泡の前にまたは液体スラグのかどうかを示すバイナリ信号が得します。<ol>
<li>A/D カードにセンサーを接続するために次の回路 (図 3) を構築します。</li>
		<li>レーザーをオンに、ダイオードでそれを指します。回路/D ソフトウェアのデジタル入力を確認します。レーザー ダイオードを打つ場合、回路が閉じ、肯定的な信号が表示されます。 注:ダイオード レーザーの波長出力に敏感であることを確認します。光センサーのデータは、1 kHz のレートで記録されます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3 実験手順
<ol><li>フランジまたは管レコードのテスト セクションを実験施設に接続します。</li>
	<li>動力源およびすべてのコンピューター化された温度レコーダーに熱電対ヒーターの電気配線に接続します。</li>
	<li>目的の場所にテスト セクションの前に赤外線カメラを配置します。</li>
	<li>カメラは、フォイルに焦点を当てたことを確認してください。この熱流束とは簡単です。</li>
	<li>熱流束 (1.2) を適用し、IR カメラ校正プロセス (1.3.5) を実行します。</li>
	<li>2 つの光プローブ テスト パイプに沿って 注:可能であれば、IR カメラの位置に 1 つ光プローブを配置します。バブルには見えない赤外線カメラとしては、温度測定とバブルの場所間の同期になります。不可能な場合はそれに応じて時間の結果をシフトする必ず気泡速度と赤外線カメラと光学プローブ間の距離。<ol>
<li>レーザー光は確かにダイオードをヒットし、肯定的な読書が得られますを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>水ポンプをオンにし、任意の流量を設定します。熱フラックスを塗布するには、電源装置の電流を調整します。</li>
	<li>定常温度に到達するまでを待ちます。単相流の壁の温度を記録するコンピューターのプログラムを実行します。 注:対流熱伝達率に及ぼす Taylor 気泡を分離するためには、最初同一流量率と熱流束二相の実験のように単相流中における対流熱伝達率を測定するため不可欠です。個々 のイベントの前にこれを実行することをお勧めします。</li>
	<li>気泡注入を制御するコンピュータ プログラムを実行します。 注:このプログラム必要があります最初テイラーの気泡を注入し同時に赤外線カメラを用いた壁温度を測定し、2 つの光学プローブのバイナリ信号を記録します。これら 2 つの測定は、録音の間に追加の時間シフトを避けるために同期する必要があります。</li>
	<li>実行すると、システムが初期状態に戻っていることを確認する十分な時間遅延を設定間すなわち壁温度を単相の定常状態の初期値を返します。 注:単相の定常流の壁面温度が高熱流束が継続的にある場合に増加することが可能です。これは、熱流束を閉じると実験で休憩を取って避けるべき。</li>
</ol>4. データ処理
<ol><li>式 1 に基づく単相の定常状態の熱伝達率を計算します。 注:この係数は時間に依存しません。続編で正規化係数として使用されます。<ol>
<li>計上個々 のイベント条件を与えられたテイラー気泡の長さを計算し、割って並進速度間隔は、光学プローブ、 L、先端到着の期間の間隔によって時間各光学センサー。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> </img> tL1とL2 tそれぞれの下部と上部の光学センサー、バブル先端到着時間か。</li>
		<li>光プローブのいずれかのオープン回路の期間を掛けて、バブルの長さを計算するのにテイラー泡の並進速度を使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>気液二相流の瞬時の局所熱伝達率の計算は次のよう行う必要があります。 注:全体の実験プロセスはコンピューターが長さとテイラー泡の並進速度は一定していない正確実験的実行ごとに。したがって、バブルが測定ポイントに到達する瞬間が異なります。光学プローブと赤外線カメラがある別のフレーム率は、1000 と 30 Hz それぞれ。<ol>
<li>赤外線カメラ、レコード バブル先端到着の瞬間離れた光プローブを用いた。</li>
		<li>このトリガー信号は、IR カメラの記録の時間参照を提供します。 注:アンサンブル平均プロセスは測定ポイント、 z泡の下からの距離の関数としての対流熱伝達率を得るために必要なz= 0 気泡下部に対応します。このパラメーターは、パイプ直径Dで正規化する必要があります。</li>
		<li>Z/Dの解像度を設定します。(同一の条件に対応する) 個々 のイベントのすべての記録されたデータ値所定の空間分解能の範囲し、平均がバブルからその距離で壁温度の 1 つの代表的な値を取得する必要があります。下部。 注:この空間分解能は、IR カメラの記録の頻度およびテイラーの泡の並進速度に基づいて決定されるべき。本研究では、それは 0.15 0.3 の間撮影されました。</li>
		<li>式 1 を使用して泡のヒント/底からの距離の関数としての熱伝達率を計算します。</li>
		<li>単相の定数係数を用いた気液二相のローカル瞬時熱伝達係数を正規化します。 注:この比率では、単相流に比べてバブル通過するため対流熱伝導率の改善を表します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hetsroni, G., Rozenblit, R., Yarin, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hot-foil+infrared+technique+for+studying+the+temperature+field+of+a+wall.">A hot-foil infrared technique for studying the temperature field of a wall.</a> Meas. Sci. Tech. 7, 1418 (1996).</li><li>Babin, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimental investigation of the local heat transfer in gas-liquid slug flow. , (2015).</li><li>Babin, V., Shemer, L., Barnea, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+instantaneous+heat+transfer+around+a+raising+single+Taylor+bubble.">Local instantaneous heat transfer around a raising single Taylor bubble.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 89 (9), 884-893 (2015).</li><li>Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instantaneous+heat+transfer+rate+around+consecutive+Taylor+bubbles.">Instantaneous heat transfer rate around consecutive Taylor bubbles.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 865-873 (2016).</li><li>Fershtman, A., Shemer, L., Barnea, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+convective+heat+transfer+in+a+pipe+due+to+impulsively+initiated+downward+flow+and/or+heat+flux.">Transient convective heat transfer in a pipe due to impulsively initiated downward flow and/or heat flux.</a> Int. J. Heat Mass Transf. 111, 1181-1191 (2017).</li><li>Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+Transfer+in+Intermittent+Air-Water+Flow-Part+I:+Horizontal+Tube.">Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part I: Horizontal Tube.</a> Int. J. Multiphase Flow. 24, 165 (1998).</li><li>Hetsroni, G., Hu, B. G., Yi, B. G., Mosyak, A., Yarin, L. P., Ziskind, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+Transfer+in+Intermittent+Air-Water+Flow-Part+II:+Upward+Inclined+Tube.">Heat Transfer in Intermittent Air-Water Flow-Part II: Upward Inclined Tube.</a> Int. J. Multiphase Flow. 24, 188 (1998).</li><li>Hetsroni, G., Mewes, D., Enke, C., Gurevich, M., Mosyak, A., Rozenblit, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+to+two-phase+flow+in+inclined+tubes.">Heat transfer to two-phase flow in inclined tubes.</a> Int. J. Multiphase Flow. 29, 173-194 (2003).</li><li>Ghajar, A. J., Tang, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+Transfer+Measurements,+Flow+pattern+maps+and+flow+visualization+for+non-boiling+two-phase+flow+in+horizontal+and+slightly+inclined+pipe.">Heat Transfer Measurements, Flow pattern maps and flow visualization for non-boiling two-phase flow in horizontal and slightly inclined pipe.</a> Heat Transfer Eng. 28, 525 (2007).</li><li>Franca, F. A., Banneart, A. C., Camargo, R. M. T., Goncalves, M. A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+modelling+of+the+convective+heat+transfer+coefficient+in+gas-liquid+intermittent+flows.">Mechanistic modelling of the convective heat transfer coefficient in gas-liquid intermittent flows.</a> Heat Transfer Eng. 29, 984-998 (2008).</li><li>Kim, D., Ghajar, A. J., Dougherty, R. L., Ryali, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+20+two+phase+heat+transfer+correlations+with+seven+Sets+of+experimental+data,+including+flow+pattern+and+tube+inclination+effects.">Comparison of 20 two phase heat transfer correlations with seven Sets of experimental data, including flow pattern and tube inclination effects.</a> Heat Transfer Eng. 20, 15 (1999).</li><li>Nicklin, D. J., Wilkes, J. O., Davidson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-phase+flow+in+vertical+tubes.">Two-phase flow in vertical tubes.</a> Trans. Inst. Chem. Eng. 40, 61 (1962).</li><li>Donnelly, B., O'Reilly Meehan, R., Nolan, K., Murray, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dynamics+of+sliding+air+bubbles+and+the+effects+on+surface+heat+transfer.">The dynamics of sliding air bubbles and the effects on surface heat transfer.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 91, 532-542 (2015).</li><li>Liu, T., Pan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+thermography+measurement+of+two-phase+boiling+flow+heat+transfer+in+a+microchannel.">Infrared thermography measurement of two-phase boiling flow heat transfer in a microchannel.</a> Applied thermal engineering. 94, 568-578 (2016).</li><li>Dumitrescu, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stromung+an+einer+Luftblase+im+senkrechten+Rohr.">Stromung an einer Luftblase im senkrechten Rohr.</a> Z. Ang. Math. Mech. 23, 139 (1943).</li><li>Davies, R. M., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanics+of+large+bubbles+rising+through+extended+liquids+and+trough+liquid+in+tubes.">The mechanics of large bubbles rising through extended liquids and trough liquid in tubes.</a> Proc. R. Soc. London, Ser. A. 200, 375 (1949).</li></ol>

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...

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。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">、(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。

<table><tbody><tr><td>Infra red camera</td><td>Optris</td><td>PI-1450</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouples A/D card&amp;nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9714.</td><td></td></tr><tr><td>Labview program</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Epoxy DP-460</td><td>3M Scotch-weld</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

measurements of local instantaneous convective heat transfer in a pipe - single and two-phase flow

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。

光センサーの例出力レコードは、停滞した水で満たされた鉛直管内上昇気泡のテイラーの図 4で提示されます。初期の大規模なドロップを表すテイラー バブル ヒントによる回路の開口部、後で間細長い泡尾の通過による初期値に上昇の続く多くの短い低下を表す液体をきっかけに気泡後ろに Taylor 気泡。2 つの光プローブの出力間の時間シフト?...

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Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

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。

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

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

measurements-local-instantaneous-convective-heat-transfer-pipe-single

Universidad San Sebastian

Research

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Engineering

7.1K ビュー.  Tel-Aviv University. 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。

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Echo Particle Image Velocimetry

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 Consequently, a prerequisite for understanding, predicting, and controlling fluid flows is the capability to measure the velocity field with adequate spatial and temporal resolution.2 For velocity measurements in optically opaque fluids or through optically opaque geometries, echo particle image velocimetry (EPIV) is an attractive diagnostic technique to generate "instantaneous" two-dimensional fields of velocity.3,4,5,6 In this paper, the operating protocol for an EPIV system built by integrating a commercial medical ultrasound machine7 with a PC running commercial particle image velocimetry (PIV) software8 is described, and validation measurements in Hagen-Poiseuille (i.e., laminar pipe) flow are reported.
For the EPIV measurements, a phased array probe connected to the medical ultrasound machine is used to generate a two-dimensional ultrasound image by pulsing the piezoelectric probe elements at different times. Each probe element transmits an ultrasound pulse into the fluid, and tracer particles in the fluid (either naturally occurring or seeded) reflect ultrasound echoes back to the probe where they are recorded. The amplitude of the reflected ultrasound waves and their time delay relative to transmission are used to create what is known as B-mode (brightness mode) two-dimensional ultrasound images. Specifically, the time delay is used to determine the position of the scatterer in the fluid and the amplitude is used to assign intensity to the scatterer. The time required to obtain a single B-mode image, t, is determined by the time it take to pulse all the elements of the phased array probe. For acquiring multiple B-mode images, the frame rate of the system in frames per second (fps) = 1/&delta;t. (See 9 for a review of ultrasound imaging.)
For a typical EPIV experiment, the frame rate is between 20-60 fps, depending on flow conditions, and 100-1000 B-mode images of the spatial distribution of the tracer particles in the flow are acquired. Once acquired, the B-mode ultrasound images are transmitted via an ethernet connection to the PC running the PIV commercial software. Using the PIV software, tracer particle displacement fields, D(x,y)[pixels], (where x and y denote horizontal and vertical spatial position in the ultrasound image, respectively) are acquired by applying cross correlation algorithms to successive ultrasound B-mode images.10 The velocity fields, u(x,y)[m/s], are determined from the displacements fields, knowing the time step between image pairs, &Delta;T[s], and the image magnification, M[meter/pixel], i.e., u(x,y) = MD(x,y)/&Delta;T. The time step between images &Delta;T = 1/fps + D(x,y)/B, where B[pixels/s] is the time it takes for the ultrasound probe to sweep across the image width. In the present study, M = 77[&mu;m/pixel], fps = 49.5[1/s], and B = 25,047[pixels/s]. Once acquired, the velocity fields can be analyzed to compute flow quantities of interest.

An echo particle image velocimetry (EPIV) system capable of acquiring two-dimensional fields of velocity in optically opaque fluids or through optically opaque geometries is described, and validation measurements in pipe flow are reported.

エコー粒子画像流速測定法

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

工学

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

定常流境界層の拡散火炎における局所熱フラックスとバーニング料金の推定のための実験的方法論

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.

Pool-boiling heat-transfer experiments were carried out to observe the effects of hybrid wettable patterns on the heat-transfer coefficient (HTC). The parameters of investigation are the number of interlines and the pattern orientation of the modified wettable surface.

ハイブリッド湿潤性パターンを持つ円筒面上のプール沸騰熱伝達の強化

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Testing the Heat Transfer Efficiency of a Finned-tube Heat Exchanger

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Heat exchangers transfer heat from one fluid to another fluid. Multiple classes of heat exchangers exist to fill different needs. Some of the most common types are shell and tube exchangers and plate exchangers1. Shell and tube heat exchangers use a system of tubes through which fluid flows1. One set of tubes contains the liquid to be cooled or heated, while the second set contains the liquid that will either absorb heat or transmit it1. Plate heat exchangers use a similar concept, in which plates are closely joined together with a small gap between each for liquid to flow1. The fluid flowing between the plates alternates between hot and cold so that heat will move into or out of the necessary streams1. These exchangers have large surface areas, so they are usually more efficient1.
The goal for this experiment is to test the heat transfer efficiency of a finned-tube heat exchanger (Figure 1) and compare it to the theoretical efficiency of a heat exchanger without fins. The experimental data will be measured for three different flow rates of monoethylene glycol (MEG). Two different water flow rates for each MEG flow rate will be used. Using the Wilson plot method the heat transfer coefficients will be determined from the experimental data. Additionally, the Reynold&#39;s number and the amount of heat transferred will be compared for flow with and without the fins to evaluate heat transfer efficiency.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10437/10437fig1.jpg" /> 
Figure 1: Finned-tube Heat Exchanger. 1) MEG outlet temperature 2) water inlet temperature 3) MEG inlet temperature 4) water outlet temperature 5) water meter 6) MEG accumulation sight glass/cylinder.

Heat Transfer Efficiency Test of a Finned-tube Heat Exchanger

フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率のテスト

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Heat exchangers transfer ...

Education

JoVE Science Education

化学工学

Piping Networks and Pressure Losses

Source: Alexander S Rattner, Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
This experiment introduces the measurement and modeling of pressure losses in piping networks and internal flow systems. In such systems, frictional flow resistance from channel walls, fittings, and obstructions causes mechanical energy in the form of fluid pressure to be converted to heat. Engineering analyses are needed to size flow hardware to ensure acceptable frictional pressure losses and select pumps that meet pressure drop requirements.
In this experiment, a piping network is constructed with common flow features: straight lengths of tubing, helical tube coils, and elbow fittings (sharp 90&#176; bends). Pressure loss measurements are collected across each set of components using manometers - simple devices that measure fluid pressure by the liquid level in an open vertical column. Resulting pressure loss curves are compared with predictions from internal flow models.

Pressure Losses in Piping Networks and Internal Flow Systems

配管ネットワークと圧力損失

Source: Alexander S Rattner, Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
This experiment ...

機械工学

Quenching and Boiling

Source: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari, and Mahdi Nabil; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Controlled heating followed by rapid cooling is an important element of many materials processing applications. This heat-treating procedure can increase material hardness, which is important for cutting tools or surfaces in high wear environments. The rapid cooling stage is called quenching, and is often performed by immersing materials in a fluid bath (often water or oil). Quenching heat transfer can occur due to forced convection - when the action of rapidly moving material through coolant drives the heat transfer process, and due to free convection - when the reduced density of hot fluid near the material surface causes buoyancy-driven circulation and heat transfer. At high material temperatures, the coolant can boil, leading to increased heat transfer effectiveness. However, when extremely hot materials are quenched, they can be blanketed in relatively low thermal conductivity coolant vapor, leading to poor heat transfer.
In this experiment, quenching heat transfer will be measured for a heated copper cylinder, which is representative of small heat-treated parts. The transient sample temperature profile will be measured during quenching and compared with theoretical results for free convection heat transfer. Boiling phenomena will also be investigated qualitatively.

Quenching, Boiling, Convection and Nusselt Number

焼入れと沸騰

Source: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari, and Mahdi Nabil; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, ...

Heat Exchanger Analysis

Source: Alexander S Rattner and Christopher J Greer; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Heat exchangers transfer thermal energy between two fluid streams, and are ubiquitous in energy systems. Common applications include car radiators (heat transfer from hot engine coolant to surrounding air), refrigerator evaporators (air inside refrigerator compartment to evaporating refrigerant), and cooling towers in power plants (condensing steam to evaporating water and ambient air). The objective of this experiment is to introduce experimental measurement (rating) and modeling procedures for heat exchangers.
In this experiment, a water-to-water tube-in-tube heat exchanger will be constructed, and evaluated. Temperature and flow rate measurements will be employed to determine the heat transfer rate (Q) and overall conductance (UA). The measured heat exchanger UA will be compared with predicted values for the geometry and operating conditions.

Rating and Modeling Procedures for Heat Exchangers

熱交換器の解析

Source: Alexander S Rattner and Christopher J Greer; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, ...

Measuring Turbulent Flows

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
Turbulent flows exhibit very high frequency fluctuations that require instruments with high time-resolution for their appropriate characterization. Hot-wire anemometers have a short enough time-response to fulfill this requirement. The purpose of this experiment is to demonstrate the use of hot-wire anemometry to characterize a turbulent jet.
In this experiment, a previously calibrated hot-wire probe will be used to obtain velocity measurements at different positions within the jet. Finally, we will demonstrate a basic statistical analysis of the data to characterize the turbulent field.

Measuring Turbulent Flows Using Hot-Wire Anemometers

乱流を測定

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
Turbulent flows ...

Mass Conservation and Flow Rate Measurements

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The purpose of this experiment is to demonstrate the calibration of a flow passage as a flowmeter using a control volume (CV) formulation [1, 2]. The CV analysis focuses on the macroscopic effect of flow on engineering systems, rather than the detailed description that could be achieved with a detailed differential analysis. These two techniques should be considered complementary approaches, as the CV analysis will give the engineer an initial basis on which route to pursue when designing a flow system. Broadly speaking, a CV analysis will give the engineer an idea of the dominant mass exchange in a system, and should ideally be the initial step to take before pursuing any detailed design or analysis via differential formulation.
The main principle behind the CV formulation for mass conservation is to replace the details of a flow system by a simplified volume enclosed in what is known as the control surface (CS). This concept is imaginary and can be defined freely to cleverly simplify the analysis. For instance, the CS should &#39;cut&#39; inlet and outlet ports in a direction perpendicular to the dominant velocity. Then, the analysis would consist of finding the balance between the net mass flux through the CS and the rate of change of mass inside the CV. This technique will be demonstrated with the calibration of a smooth contraction as a flowmeter.

Control Volume Analysis for Mass Conservation and Calibration of a Flow Passage

質量保存則と流量率測定

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The purpose of ...

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

要約

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エコー粒子画像流速測定法

定常流境界層の拡散火炎における局所熱フラックスとバーニング料金の推定のための実験的方法論

ハイブリッド湿潤性パターンを持つ円筒面上のプール沸騰熱伝達の強化

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率のテスト

配管ネットワークと圧力損失

焼入れと沸騰

熱交換器の解析

乱流を測定

質量保存則と流量率測定

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

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エコー粒子画像流速測定法

定常流境界層の拡散火炎における局所熱フラックスとバーニング料金の推定のための実験的方法論

ハイブリッド湿潤性パターンを持つ円筒面上のプール沸騰熱伝達の強化

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フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率のテスト

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質量保存則と流量率測定

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