Name: measurements of local instantaneous convective heat transfer in a pipe - single and two-phase flow
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
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이 작품은 이스라엘 과학 재단에 의해 지원 되었다 그랜트 # 281/14.

1. 순간 온도 측정에 대 한 섹션을 테스트 합니다.
<ol><li>제조 공정 테스트 섹션의 (그림 2)
	<ol>
<li>긴 파이프 적어도 70 cm의 세그먼트를 잘라. 참고: 테스트 섹션의 직경과 벽 두께 실험 시설에 사용 되는 파이프의 동일 해야 합니다.</li>
		<li>밀링 기계를 사용 하 여 잘라 테스트 섹션에서 파이프를 따라 4 인접 한 좁은 창, 각 창 폭 6 m m 이며 80 m m 연속 창 사이 25 m m 간격으로 오래.</li>
		<li>12 µ m 얇은 스테인리스 스틸 포 일에서 잘라 40-60 cmlong 12 m m 넓은 스트립. 참고: 호 일 테스트 파이프에 윈도 봉인 하기 위해 사용 됩니다. 스테인레스 스틸 포 일의 끝에서 작은 거리를 표시 하 고 호 일 열, 그림 2참조 전원 공급 전선 용접에 사용 되는 두 개의 금 줄무늬 코팅 한다.</li>
		<li>ohmmeter을 사용 하 여 호 일의 전기 저항을 측정 합니다.</li>
		<li>아래에 설명 된 단계를 수행 하는 파이프 내에서 호 일을 놓습니다.<ol>
<li>테스트 파이프 내부 직경의 엄밀한 튜브 외경 평등의 만든 테스트 섹션에 호 일을 삽입 하기 위한 기초를 만듭니다. 이 위해 컷 폭 20 m m과 약 80 cm 긴 파이프 벽의 일부</li>
			<li>코트에, 나중 단계에서 포 일에서 기초를 분리할 수 있도록 포 일을 배치 하기 전에 그리스를 가진 기초.</li>
			<li>기초에 호 일을 놓고 그것을 평평 하 게 합니다. 헝겊에 알코올을가지고 고 어떤 초과 그리스에서 호 일을 청소.</li>
			<li>호 일 주변에 및 연속 창 사이 교량의 위치에 해당 하는 포 일의 3 개의 세그먼트에 접착제를 적용 합니다. 참고: 접착제는 이어야 초기 경화 시간을 20 분 이상의 강한 호 일 첨부 파일 과정;에 대 한 충분 한 시간을 DP 460 에폭시 사용 됩니다.</li>
			<li>창문을 향해 위쪽으로 직면 하는 호 포 일을 기준으로 테스트 섹션에 조심 스럽게 삽입 합니다. 참고: 이 과정은 두 사람에 의해 행해져야 한다.</li>
			<li>호 일 창 정렬, 금 줄무늬 2 개의 외부 창의 가장자리에 있어야 확인 하십시오. 일단 호 일 제대로 배치 하 고 창문 커버, 연결할 기초 테스트 파이프 양쪽 끝에 클램프를 사용 하 여.</li>
			<li>조심 스럽게 기초 아래 파이프에 접힌된 자전거 내부 타이어를 삽입, 필요 하다 면 타이어를 그리스. 타이어를 부 풀 려. 인플레 동안 접착제는 호 일에 걸쳐 확산 되 고 기초를 도달을 관찰 합니다. 참고: 팽창 된 타이어에 의해 적용 압력 파이프 내부 벽과 호 일 접착제 넥타이 것 이다 보장 한다. 이것 또한 호 일 파이프의 곡률을 형성 하 고 포 일 또는 접착제 흐름에 어떤 가능한 간섭을 줄일.</li>
			<li>천으로, 창 구멍에 도달 했습니다 모든 과잉 접착제를 선택을 취소 합니다.</li>
			<li>타이어 24 h. Deflate 위한 접착제 건조 하 게, 그것을 추출 하 고는 클램프를 엽니다.</li>
			<li>호 일 및 다음 단계에서 파이프에서 기초를 분리:<ol>
<li>부드럽게는 끝을 분리 하 고 그 끝에서 분리 시작 쉽습니다 느낌의 각 끝을 터치 합니다.</li>
				<li>긴 롤러 또는 유사한 개체를 사용 하 여 원래 기초를 점차적으로 분리, 전체 기준으로 분리 되 고 호 일 남아 파이프에 안전 하 게 손상 될 때까지 천천히 파이프에 이동. 참고: 이 과정; 인감을 보호 하기 위해 신중 하 게 이루어져야 한다 인감은 새로운 망 쳐 열 전송 테스트 파이프 단위 여야 한다.</li>
				<li>파이프는 파이프의 한쪽 끝을 닫고 물 파이프를 작성 하 여 봉인 확인 하십시오.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>물과 비누로 파이프의 안쪽에서 초과 기름 청소.</li>
		<li>호 일에 황금 줄무늬 용접 전기 난방 철사를 연결 합니다. 참고: 이러한 관광 명소에 호 일을 보호 하기 위해 먼저 호 일에 작은 쿠퍼 칩을 연결 하 고 다음 그것을 용접을 건의 된다.</li>
		<li>열 접착제로 각 창의 맨 아래에는 T-타입 열전대를 연결 합니다. 이 열전대는 나중 IR 카메라 캘리브레이션 과정에 사용 됩니다. 참고: 열전대에서 온도 읽기는 기록 하 고는 A/D 컨버터를 사용 하는 PC에 의해 기록 된.</li>
		<li>스프레이 방사 율을 최대화 하기 위해 검은 매트 스프레이와 호 일의 외부 측면 페인트.</li>
	</ol></li>
	<li>호 일을 열 플럭스를 적용
	<ol>
<li>DC 전원 공급 장치에 포 일의 가장자리에서 전기 난방 철사를 연결 합니다.</li>
		<li>호 일 원하는 온도 도달 것 이다 그래서 전기 전류를 설정 합니다. 참고: 파이프를 손상 시킬 수 있는 온도 도달 하지 않습니다. 플 렉 시 유리에 대 한 한계는 이다 약 45 °. 그러나, 열 일 정도로 호 일의 온도 과도 변화 흐름에 예상 때문 냉각 상태 중에 유입 물 온도 적어도 몇도 유지 되도록 해야 합니다.</li>
		<li>계산 열 플럭스 적용 Q = 내가2R 어디 내가 적용 전류 이며 R 은 포 일의 전기 저항. 참고: 호 일의 외부 측면 공기를 열려 있는에서 열 전달 열 전달 파이프2내부 물에 비해 무시할 수 이다.</li>
		<li>열 플럭스 충 동 시작 및 종료를 제어 하기 위해 열 플럭스 와이어 중 PC 제어 전기 스위치를 연결 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>IR 카메라 참고: 실험실에서 사용 하는 IR 카메라의 상세한 특성 Ferhstman3,4에서 볼 수 있습니다. 카메라를 PC에 연결 하 고 컴퓨터에 의해 제어.<ol>
<li>가능 하면 쉽게 테스트 섹션에 따라 다른 위치에 배치 하는 카메라의 3 차원 움직임을 사용 하는 레일의 집합에 IR 카메라를 연결 합니다.</li>
		<li>IR 카메라를 켜고 어떤 측정을 수행 하기 전에 몇 분, 내부 센서 필요한 온도를 아래로 냉각 하는 데 시간이 걸릴.</li>
		<li>IR 카메라를 초점을 맞추고 수 있도록 카메라의 초점 거리 표면에서 몇 센티미터를 놓습니다. 참고: 카메라 해상도 따라 측정 영역은 단일 픽셀 보다 작은 하지 해야 합니다. 그것은 표면적 측정 픽셀 수의 구성 하는 것이 좋습니다.</li>
		<li>IR 카메라의 초점을 설정 합니다.</li>
		<li>IR 카메라 캘리브레이션 과정:<ol>
<li>열 정상 상태에 도달할 때까지, 즉 호 기록 일정 온도에 열전대 배치 면 1.2 및 대기에 명시 된 대로 열 플럭스를 적용 합니다. 열전대와 실험 시설 주변 온도 측정 합니다. 참고: 이 온도 표면의 반사 온도으로 사용 됩니다. 표면 방사 율의 높은 가치에 대 한이 매개 변수는 거의 무시할 수 있습니다.</li>
			<li>주위 온도 반사 온도의 IR 카메라의 매개 변수를 입력 합니다.</li>
			<li>호 일에 각 창에 대 한 윈도우의 열전대의 녹음 IR 카메라에 의해 기록 된 온도 비교 합니다. IR 카메라의 온도 기록은 열전대에 의해 기록 된 온도 IR 카메라의 방사 속성을 조정 합니다. 참고: 이것은 여러 열 플럭스 값; 행 해질 수 있다 그러나,는 방사 율이 상대적으로 낮은 온도 범위에서 구분 하지 않습니다. 실험 기록에서 방사 율의 평균 가치는 0.98 이었다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. 테일러 거품 변환 속도의 길이 측정
<ol><li>
광 조사 참고: 광학 프로브 레이저 광원 등는 포토 다이오드. 파이프의 전체 횡단면 물 포함, 레이저 광선은 종료 회로 일으키는 포토 다이오드에서 지적 했다. 레이저 빔 공기 방울이 안타, 광다이오드에서 nudged 하 고 회로 엽니다. 따라서, 이진 신호 얻어진 다 광학 프로브 또는 액체 슬러그의 공기 방울이 앞 인지를 나타내는.<ol>
<li>A/D 카드에 센서를 연결 하려면 다음과 같은 회로 (그림 3)을 빌드하십시오.</li>
		<li>켭니다 레이저, 다이오드에서 포인트. A/D 소프트웨어 회로의 디지털 입력을 확인 합니다. 레이저 다이오드 안타, 다음 회로 닫히고 긍정적인 신호 표시 되어야 합니다. 참고: 다이오드 레이저의 파장 출력에 민감한 있는지 확인 합니다. 광학 센서의 데이터는 1 kHz의 속도로 기록 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 실험 절차
<ol><li>플랜지 또는 파이프 기록에 의해 실험 시설 테스트 섹션을 연결 합니다.</li>
	<li>전원 및 모든 컴퓨터 온도 레코더에 열전대를 난방 전기 와이어를 연결 합니다.</li>
	<li>원하는 위치에서 테스트 섹션 앞 IR 카메라를 배치 합니다.</li>
	<li>카메라는 호 일;에 초점을 맞춘 ㄴ 다는 것을 확인합니다 이에 열 플럭스와 할 쉽습니다.</li>
	<li>열 유 속 (1.2)를 적용 하 고 IR 카메라 캘리브레이션 프로세스 (1.3.5) 수행.</li>
	<li>장소 광 2 프로브 테스트 파이프를 따라 참고: 만약에 가능 하다 면, IR 카메라;의 위치에 한 광학 프로브를 배치 이 온도 측정, 거품의 위치 간 동기화를 거품은 IR 카메라를 볼 수 있습니다. 만약 가능 하지 않은 시간에 결과 따라 교대 해야 거품 속도와 적외선 카메라와 광학 프로브 사이의 거리.<ol>
<li>레이저 빔 실제로 다이오드 안타 고 긍정적인 독서를 생성을 확인 하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>물 펌프를 켜고 원하는 유량을 설정. 전원의 전류를 조정 하 여 열 플럭스를 적용 합니다.</li>
	<li>정상 상태 온도 얻을 때까지 기다립니다. 단일 단계 파이프 흐름의 벽 온도 기록 하는 컴퓨터 프로그램을 실행 합니다. 참고: 대류 열 전달 계수에 테일러 거품의 효과 분리 하려면 먼저 2 단계 실험에서 한 동일한 흐름 속도 열 유 속에서 단일 단계 흐름에 대류 열 전달 계수 측정 필수적 이다. 각 개별 이벤트 하기 전에 이것을 수행 하는 것이 좋습니다.</li>
	<li>거품 주입을 제어 하는 컴퓨터 프로그램을 실행 합니다. 참고: 이 프로그램 한다 먼저 단일 테일러 거품 주입 및 동시에 적외선 카메라를 사용 하 여 벽 온도 측정 그리고 두 광학 프로브 바이너리 신호를 기록. 이 두 측정 녹음 사이 추가 시간 교대를 피하기 위해 동기화 해야 합니다.</li>
	<li>실행 되도록 시스템 초기 조건에 다시 설정된 충분 한 시간 지연 사이 즉 벽 온도 초기 단상 정상 상태 값을 반환 합니다. 참고: 그것은 가능한 벽 온도 단상 정상 상태 흐름의 경우 높은 열 유 속에 지속적으로 증가할 것 이다. 이 열 플럭스를 폐쇄 하 고 실험에서 휴식을 취하 하 여 피해 야 한다.</li>
</ol>4입니다. 데이터 처리
<ol><li>식 1에 따라 단상 안정 상태 조건에 대 한 열 전달 계수를 계산 합니다. 참고: 이 계수는 시간 무관 합니다. 그것은 속에서 정상화 요인으로 사용 됩니다.<ol>
<li>각 개별 이벤트 기록 주어진 조건, 테일러 거품의 길이 계산 하 고 나누어 변환 속도 광학 사이의 거리 프로브, L, 팁 도착의 시간 기간 간격으로 시간을 각 광 센서:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> </img>, tl 1 와 tL2 있는 위 광 센서에 거품 팁 도착의 시간 각각.</li>
		<li>테일러 거품의 변환 속도 사용 하 여 광학 프로브 중의 개방 회로의 기간을 곱하여 거품을 계산.</li>
	</ol>
</li>
	<li>2 단계 흐름에 대 한 즉각적인 지역 열 전달 계수를 계산 다음과 같이 수행 합니다: 참고: 비록 전체 실험 과정, 전산화 테일러 거품의 변환 속도 정확 하 게 각 실험 실행에 일정 남아 있지 않습니다. 따라서, 인스턴트는 거품 측정 포인트에 도달 하면 다릅니다. 광학 감지기 및 IR 카메라는 다른 프레임 속도, 1000 및 30 Hz 각각.<ol>
<li>IR 카메라, 기록 거품 팁 도착 즉시 근처 광학 프로브를 사용 하 여.</li>
		<li>이 트리거 신호는 IR 카메라 녹화 시간 참조를 제공합니다. 참고: 앙상블 평균 프로세스 측정 지점, z, 거품 아래에서 거리의 기능으로 대류 열 전달 계수를 얻을 하는 데 필요한 어디 z= 0 거품 하단에 해당. 이 매개 변수는 파이프 직경 D에 의해 정규화 해야 합니다.</li>
		<li>Z/D에 대 한 해상도 설정 합니다. (동일한 조건 하에 해당) 각 개별 이벤트에 대 한 모든 기록 된 데이터 값 된 공간 해상도 범위 내 고 거품에서 그 거리에서 벽 온도의 단일 대표 값을 얻기 위해 평균 한다 하단입니다. 참고: 이 공간 해상도 테일러 거품의 변환 속도 IR 카메라의 기록 주파수에 따라 결정 되어야 한다. 이 연구에서 그것은 0.15-0.3 사이 찍은.</li>
		<li>식 1을 사용 하 여 거품 팁/하단에서 거리의 함수로 서 열 전달 계수를 계산 합니다.</li>
		<li>단일 상수 계수에 의해 2 단계 지역 즉각적인 열 전달 계수를 정상화. 참고: 이 비율은 단일 단계 흐름에 비해 거품 통로 인 대류 열 전송 속도 개선을 나타냅니다.</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>

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. ...

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 흐름3,4 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 조건6,7,8,,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 속도14,,1516에 전파합니다. 거품 전파 속도 레이저 광원의 포토 다이오드3,4로 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.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">(1)
q 는 호 일 Tw 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.

<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

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.

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 ...

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

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.

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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

JoVE Journal

Engineering

7.1K 조회수.  Tel-Aviv University. 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.

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

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.

입자 이미지 Velocimetry 에코

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

연구

공학

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.

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평​​가에 대한 실험 방법론

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.

하이브리드 수화제 패턴과 원통 표면에 풀 비등 열전달 향상

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.

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

핀 튜브 열교환기의 열전달 효율 테스트

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

교육

JoVE Science Education

화학공학

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

파이프 네트워크 및 압력 손실

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

기계공학

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

담금질 및 비등

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

열교환기 분석

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

난류 측정

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

질량 보존 및 유속 측정

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

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

요약

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이 비디오의 챕터

입자 이미지 Velocimetry 에코

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평가에 대한 실험 방법론

하이브리드 수화제 패턴과 원통 표면에 풀 비등 열전달 향상

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

핀 튜브 열교환기의 열전달 효율 테스트

파이프 네트워크 및 압력 손실

담금질 및 비등

열교환기 분석

난류 측정

질량 보존 및 유속 측정

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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