Name: measurements of local instantaneous convective heat transfer in a pipe - single and two-phase flow
Uploaded: 2018-04-30T14:30:00
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Este trabalho foi financiado pela Israel Science Foundation, grant # 281/14.

1. teste de seção para a medição da temperatura instantânea
<ol><li>Processo de seção de teste de fabricação (Figura 2)
	<ol>
<li>Corte um segmento de um tubo de pelo menos 70 cm de comprimento. Nota: A espessura do diâmetro e a parede da seção de teste deve ser idêntica do tubo usado na instalação experimental.</li>
		<li>Use uma máquina de trituração para cortar 4 janelas estreitas adjacentes ao longo da tubulação ...

<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>

Investigação experimental local de transferência de calor em fluxo transiente tubular é uma tarefa complicada que requer instrumentos de medição high-end e métodos, bem como uma instalação experimental custom-built, em particular, uma seção de teste especialmente concebidos. O presente protocolo mostra uma técnica de Termografia que é capaz de medir fielmente rápido temporais mudanças na temperatura da parede e taxa de transferência de calor devido a variações na hidrodinâmica de fluxo.
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Numerosos estudos experimentais de transferência de calor convectiva, usando diferentes técnicas para medir a parede e/ou a temperatura do fluido em uma variedade de configurações de fluxo, foram realizados durante as últimas décadas. Um dos fatores que limita a precisão das medições de temperatura em processos instáveis é a lenta resposta dos sensores. Para gravar a temperatura local parede instantânea, o equipamento de medição tem que responder rápido o suficiente, enquanto a superfície na qual a temperatura é registrada tem que estar em equilíbrio térmico com o fluxo do tempo-dependente. Assim, a inércia térmica da superfície deve ser suficientemente pequeno. As escalas de tempo relevantes são determinadas pelos fenômenos hidrodinâmicos que causam a mudança na transferência de calor convectiva. Resposta em tempo rápido é, portanto, crucial para a temperatura dependente do tempo de gravação no fluxo transiente.
Para atender a esses requisitos, uma câmera IR é usada para registrar uma seção especial fabricados pelo próprio teste que permite uma resposta rápida da temperatura a qualquer alteração no fluxo. Uma parte da parede do tubo é cortada e substituída por uma folha fina de aço inoxidável. Uma abordagem semelhante foi usada por Hetsroni et al . 1, no entanto, a folha que eles usaram foi muito grossa para medir com precisão as alterações de temperatura instantânea e temperaturas de tempo-em média, apenas foram apresentadas. Diminuindo a espessura da folha melhorou a resposta em tempo consideravelmente. 2 este método foi aplicado no laboratório para medir coeficientes de transferência de calor convectiva no fluxo bifásico3,4 e fenômenos transitórios em fase única tubulação fluxo5.
Um layout esquemático da instalação de duas fases do fluxo é dada na Figura 1, obter informações adicionais sobre o dispositivo de entrada de ar original podem ser encontradas em Babin et al 3
Investigação de transferência de calor convectiva em fluxo de duas fases é muito complexa devido ao comportamento de fluxo transiente e o efeito da fração de vazio, a secção de tubo. Portanto, muitos estudos apresentaram apenas um coeficiente de transferência de calor convectiva médio para um regime de fluxo determinado como uma função de fluxo específico condições6,7,8,9,10 , 11. no entanto, os papéis por Donnelly et al . 12 e Liu et al . 13 representam exemplos de estudos de transferência de calor convectiva local em duas fases.
O presente estudo aborda as medidas de transferência de calor em torno de uma única bolha (Taylor) alongada injetado estagnada ou líquido em uma tubulação de fluxo. A bolha de Taylor se propaga em uma velocidade constante de translação14,15,16. A velocidade de propagação da bolha é determinada usando o método de sondas ópticas, consistindo de uma fonte de luz laser e um fotodíodo3,4.
A combinação de câmera do IR e das sondas ópticas permite medições de transferência de calor convectiva instantânea local como uma função da distância da Taylor bolha topo ou no fundo.
A temperatura instantânea de parede pode ser usada para calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção, he o número de Nusselt:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
onde q é o fluxo de calor para a folha, Tw e T∞ são a temperatura da parede e a temperatura da água de entrada, respectivamente, k é a condutividade do líquido e D é o diâmetro da tubulação. A temperatura de massa que é comumente utilizada para determinar os coeficientes de transferência de calor não foi medida a fim de evitar a introdução de qualquer interferência com o fluxo.

<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

Este manuscrito fornece descrição passo a passo do processo de fabricação de uma seção de teste para medir o coeficiente de transferência de calor instantâneo local em função da taxa de fluxo de líquido em uma tubulação transparente. Com algumas alterações, a abordagem é estendida aos fluxos de gás-líquido, com uma ênfase particular sobre o efeito de uma bolha de ar (Taylor) alongada único no aprimoramento de transferência de calor. Uma técnica não-invasiva de Termografia é aplicada para medir a temperatura instantânea de uma folha fina de metal aquecida electricamente. A folha é colada para cobrir um entalhe estreito corte no tubo. A inércia térmica da película é pequena o suficiente para detectar a variação da temperatura instantânea da folha. A seção de teste pode ser movida ao longo da tubulação e é tempo suficiente para cobrir uma parte considerável da crescente camada limite térmica.
No início de cada execução experimental, um estado estável com um fluxo constante de água de fluxo taxa e calor para a folha é atingido e serve como referência. A bolha de Taylor então é injetada na tubulação. As variações de coeficiente de transferência de calor devido à passagem de uma bolha de Taylor em um tubo vertical de propagação é medida como função da distância entre o ponto de medição do fundo da bolha do Taylor em movimento. Assim, os resultados representam os coeficientes de transferência de calor local. Várias execuções independentes pré-formado em idênticas condições permitem acumulados dados suficientes calcular resultados fiáveis ensemble-em média, sobre a transferência de calor convectiva transitória. Para executar isso em um quadro de referência movendo-se com a bolha, o local da bolha ao longo do tubo deve ser conhecido em todos os momentos. Descrição detalhada das medições do comprimento e da velocidade translacional das bolhas Taylor por sondas ópticas é apresentada.

Um exemplo dos sensores ópticos saída de registros é apresentado na Figura 4 para uma única bolha de Taylor subindo em um tubo vertical preenchido com água estagnada. A grande queda inicial representa a abertura do circuito devido a ponta de bolha de Taylor, enquanto a posterior muito mais curto gotas após o aumento para o valor inicial devido à passagem da cauda alongada bolhas, representam as bolhas dispersas na esteira líquida por trás da bolha de...

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

Este manuscrito descreve métodos vistos medir os coeficientes de transferência de calor convectiva instantânea local em um fluxo de tubulação única ou em duas fases. Também é apresentado um método óptico simples para determinar o comprimento e a velocidade de propagação de uma bolha de ar alongada (Taylor) se movendo a uma velocidade constante.

Medições de transferência de calor convectiva instantânea Local em uma tubulação - fluxo único e duas fases

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

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