Name: measurements of local instantaneous convective heat transfer in a pipe - single and two-phase flow
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Israel Science Foundation, grant # 281/14.

1. test-sektion for målinger af øjeblikkelige temperatur
<ol><li>Fremstillingen af test afsnit (figur 2)
	<ol>
<li>Skære et segment af et rør på mindst 70 cm lang. Bemærk: Diameter og væg tykkelse af afsnittet test bør være identisk med røret bruges i det eksperimentelle facilitet.</li>
		<li>Brug en formaling maskine til at skære 4 tilstødende smalle Vinduer langs røret i afsnittet test, hvert vindue er 6 mm bred og 80 lan...

<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>

Eksperimentelle undersøgelser af lokale varmetransport i forbigående røret flow er en kompliceret opgave, der kræver avancerede måleinstrumenter og metoder, samt en specialbygget eksperimentelle facilitet, navnlig en specialdesignet test sektion. Denne protokol viser en termografi teknik, der er i stand til trofast måle hurtigt tidsmæssige ændringer i vægtemperatur og varme overførselshastighed på grund af variationer i flow hydrodynamik.
En detaljeret beskrivelse af fremstillingspr...

Talrige eksperimentelle undersøgelser af konvektive varmeoverførsel, ved hjælp af forskellige teknikker til at måle væg og/eller flydende temperatur i en bred vifte af flow konfigurationer, er blevet udført i løbet af de sidste årtier. En af de faktorer, der begrænser nøjagtigheden af temperaturmålinger i usikker processer er den langsomme svar af sensorer. For at registrere lokale øjeblikkelige vægtemperatur, har måleudstyr til at reagere hurtigt nok, mens den overflade, hvor temperaturen er indspillet må være i termisk ligevægt med tidsafhængig flow. Således har den termiske inerti i overfladen skal være tilstrækkeligt lille. De relevante tidsskalaer bestemmes af de hydrodynamiske fænomener, der kan medføre ændringen i den konvektive varmeoverførsel. Hurtig tid svar er således afgørende for optagelse tidsafhængig temperatur i forbigående flow.
For at opfylde disse krav, bruges en IR-kamera til at optage en særlig selv fremstillede test sektion, der giver mulighed for en hurtig temperatur svar til nogen ændring i strømmen. En del af rørvæggen er afskåret og erstattet med en tynd stål folie. En lignende fremgangsmåde blev brugt af Hetsroni et al. 1, men folien de brugte var for tyk til at præcist at måle ændringer i øjeblikkelige temperatur og kun tid i gennemsnit temperaturer blev præsenteret. Faldende folie tykkelse forbedret tid reaktion betydeligt. 2 denne metode blev anvendt i laboratoriet for at måle konvektive varme overførsel koefficienter i to faser flow3,4 og forbigående fænomener i enfasede røret flow5.
En skematisk layout af den tofasede flow facilitet er vist i figur 1, kan yderligere oplysninger om unikke air inlet enheden findes i Babin et al. 3
Undersøgelse af konvektive varmetransport i to faser flow er meget komplekse på grund af forbigående flow adfærd og effekten af ugyldige brøkdel i røret tværsnit. Derfor, mange undersøgelser har kun fremlagt en gennemsnitlig konvektive varme overførsel koefficient for et givet flow regime som en funktion af specifikke flow betingelser6,7,8,9,10 , 11. men papirerne af Donnelly et al. 12 og Liu et al. 13 repræsenterer eksempler på to faser lokale konvektive varme overførsel undersøgelser.
Den nuværende undersøgelse omhandler varme overførsel målinger omkring en enkelt aflange (Taylor) boble sprøjtes ind stillestående eller strømmende væske i et rør. Taylor boble udbreder i en konstant translationel hastighed14,15,16. Boble formering hastighed bestemmes ved hjælp af optisk sonder metode består af en laser lyskilde og fotodiode3,4.
Kombinationen af IR-kamera og af de optiske sonder giver mulighed for målinger af den lokale øjeblikkelige konvektive varmeoverførsel som funktion af afstanden fra enten Taylor boble øverst eller nederst.
Den øjeblikkelige vægtemperatur kan bruges til at beregne den konvektive varme overførsel koefficient, Hansenog Nusselt nummer:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
hvor q er den varme flux til folie, Tw og T∞ er væggen temperatur og vand starttemperatur k er henholdsvis den flydende ledningsevne og D er rør diameter. Bulk temperaturen, som er almindeligt anvendt til at bestemme de varme overførsel koefficienter blev ikke målt for at undgå at indføre enhver indblanding i strømmen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:668px;" width="669">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Infra red camera</td>
			<td style="width:167px;">Optris</td>
			<td style="width:119px;">PI-1450</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Thermocouples A/D card&#160;</td>
			<td style="width:167px;">National Instruments</td>
			<td>NI cDAQ-9714.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Labview program</td>
			<td style="width:167px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Epoxy DP-460</td>
			<td style="width:167px;">3M Scotch-weld</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Håndskriftet indeholder trin for trin beskrivelse af fremstillingsprocessen af en test afsnit designet til at måle den lokale øjeblikkelige varme overførsel koefficient som en funktion af flydende flow i et gennemsigtigt rør. Med visse ændringsforslag, er metoden udvidet til gas-væske strømme, med særlig vægt på virkningen af en enkelt aflange (Taylor) luftboble på varme overførsel ekstraudstyr. En non-invasiv termografi teknikken anvendes til at måle den øjeblikkelige temperatur i en tynd metal folie opvarmes elektrisk. Folien er limet til at dække et smalt slot skåret i røret. Den termiske inerti i folien er lille nok til at opdage variationen i den øjeblikkelige folie temperatur. Afsnittet test kan flyttes langs røret og nok lang til at dække en betydelig del af den voksende termisk grænselag.
I begyndelsen af hver eksperimentelle run, en stationær tilstand med en konstant vand flow sats og varme flux at folien er nået og tjener som referencen. Taylor boble er derefter sprøjtet ind i røret. Varme overførsel koefficient variationer på grund af passage af en Taylor boble formerings i et lodret rør måles som funktion af afstanden mellem målepunkt fra bunden af den bevægelige Taylor boble. Resultaterne udgør således, de lokale varme overførsel koefficienter. Flere uafhængige kører præfabrikerede identiske betingelser tillade akkumulere tilstrækkelige data til at beregne pålidelige ensemble-gennemsnit resultater på de forbigående konvektive varmeoverførsel. For at kunne udføre dette i en referenceramme, bevæger sig med boblen, har placeringen af boble langs røret at være kendt på alle tidspunkter. Detaljeret beskrivelse af målinger af længden og translationel hastigheden af Taylor bobler af optiske sonder præsenteres.

Et eksempel på de optiske sensorer output poster er præsenteret i figur 4 for en enkelt Taylor boble stiger i et lodret rør fyldt med stillestående vand. Den første store drop repræsenterer åbningen af kredsløb på grund af Taylor boble spids, mens den senere meget kortere dråber efter anledning til den oprindelige værdi på grund af passage af aflange bobler hale, repræsenterer de spredte bobler i flydende kølvandet bag Taylor boble. Tidsforskydn...

Watch this Scientific Journal Video about Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow at JoVE.com

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

Dette manuskript beskriver metoder med henblik på måling af de lokale øjeblikkelige konvektive varme overførsel koefficienter i en enkelt eller to faser røret flow. En simpel optisk metode til at bestemme længden og formering hastigheden af en aflang (Taylor) luftboble bevæger sig med en konstant hastighed er også præsenteret.

Målinger af lokale øjeblikkelige konvektive varmetransport i et rør - enkelt- og 2-faset strøm

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Analyse af kontaktflader til enlige GaN Nanotråd Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

Proton Transfer og proteinkonformation Dynamics i Lysfølsomme Proteiner af Time-løst Step-scan Fourier-transform infrarød spektroskopi

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Laser-induceret Forward Transfer for Flip-chip Pakning af Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Artsdannelse og biotilgængelighed Målinger af Environmental Plutonium Brug Diffusion i Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

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

Eksperimentel Metode til Vurdering af lokal varme strømme og Burning priser i Steady Laminar grænselag 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 ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Scanning SQUID Undersøgelse af Vortex Manipulation af Kommunernes Kontakt

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

Ice Generation og Heat og Mass Transfer Phenomena af Introduktion Vand til et koldt bad af Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

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

Pool-Kogning Heat-Transfer Enhancement på cylindriske flader med Hybrid Fugtelige Mønstre

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

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

Målinger af kulstof i jorden af Neutron-Gamma analyse i statisk og Scanning tilstande

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

Målinger af bølger i en vind-bølge Tank Under konstant og tidsvarierende vind tvinger

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...