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 trabajo fue financiado por la Fundación de ciencia de Israel, beca # 281/14.

1. sección de prueba para la medición de la temperatura instantánea
<ol><li>Fabricación de sección de la prueba (figura 2)
	<ol>
<li>Cortar un segmento de un tubo por lo menos 70 cm largo. Nota: El diámetro y espesor de pared de la sección de prueba debe ser idéntico a la de la tubería utilizada en la instalación experimental.</li>
		<li>Utilizar una fresadora para cortar 4 ventanas estrechas adyacentes a lo largo de la tuber?...

<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>

Investigación experimental de transferencia de calor local en el flujo de la pipa transitoria es una tarea complicada que requiere instrumentos de medición de alta calidad y métodos, así como un centro experimental a la medida, en particular, una sección de prueba especialmente diseñados. El presente Protocolo muestra una técnica de termografía que es capaz de medir fielmente rápido temporales cambios en la temperatura de la pared y en velocidad de transferencia de calor debido a variaciones en la hidrodinámica...

Numerosos estudios experimentales de transferencia de calor por convección, usando diferentes técnicas para medir la pared o la temperatura del fluido en una variedad de configuraciones de flujo, se han realizado durante las últimas décadas. Uno de los factores que limita la precisión de las mediciones de temperatura en procesos inestables es la lentitud de la respuesta de los sensores. Para registrar temperatura de pared instantánea local, el equipo de medición tiene que responder rápido, mientras que la superficie en que se registra la temperatura debe estar en equilibrio térmico con el flujo dependiente del tiempo. Así, la inercia térmica de la superficie tiene que ser lo suficientemente pequeñas. Las escalas de tiempo relevantes son determinadas por los fenómenos hidrodinámicos que causan el cambio en la transferencia de calor por convección. Rápido tiempo de respuesta es crucial para la grabación de la temperatura dependiente del tiempo de flujo transitorio.
Para cumplir estos requisitos, una cámara de infrarrojos se utiliza para grabar una sección de pruebas especiales de producción propia que permite una respuesta rápida de la temperatura a cualquier cambio en el flujo. Una parte de la pared del tubo es cortada y substituida por una hoja fina de acero inoxidable. Un acercamiento similar fue utilizado por Hetsroni et al. 1, sin embargo, la lámina que utiliza era demasiado gruesa para medir con precisión los cambios de temperatura instantánea y temperaturas promedio de tiempo sólo se presentaron. Disminuye el grosor de la hoja mejora considerablemente el tiempo de respuesta. 2 se aplicó este método en el laboratorio para medir coeficientes de transferencia de calor por convección en flujo bifásico3,4 y fenómenos transitorios en monofásico tubería flujo5.
Un diseño esquemático de la instalación del flujo bifásico se da en la figura 1, puede encontrarse información adicional en el dispositivo de entrada de aire única en Babin et al. 3
Investigación de la transferencia de calor por convección en flujo bifásico es muy compleja debido al comportamiento del flujo transitorio y el efecto de la fracción de vacío en la sección transversal de la tubería. Por lo tanto, muchos estudios solamente han presentado un coeficiente de transferencia de calor por convección promedio para un régimen de flujo dada como una función de flujo condiciones6,7,8,9,10 , 11. sin embargo, los papeles por Donnelly et al. 12 y Liu et al. 13 representan ejemplos de estudios de transferencia de calor por convección local dos fases.
El presente estudio se ocupa de las mediciones de transferencia de calor alrededor una burbuja alargada (Taylor) solo inyecta en estancamiento o fluido en una tubería. La burbuja de Taylor se propaga en una velocidad de traslación constante14,15,16. La velocidad de propagación de burbuja se determina usando el método de sondas ópticas que consisten en una fuente de luz láser y un fotodiodo3,4.
La combinación de la cámara de infrarrojos y de las sondas ópticas permite realizar mediciones de la transferencia de calor convectivo instantánea local en función de la distancia desde la parte superior de la burbuja de Taylor o inferior.
La temperatura instantánea de la pared puede utilizarse para calcular el coeficiente de transferencia de calor por convección, hy el número de Nusselt:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
donde q es el flujo de calor a la lámina, Tw y T∞ son la temperatura de la pared y la temperatura del agua de entrada respectivamente, k es la conductividad del líquido y D es el diámetro de la tubería. No se midió la temperatura a granel que se utiliza comúnmente para determinar los coeficientes de transferencia de calor con el fin de evitar la introducción de cualquier interferencia al flujo.

<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 ofrece descripción paso a paso el proceso de fabricación de una sección de prueba diseñada para medir el coeficiente de transferencia de calor instantánea local en función de la tasa de flujo de líquido en un tubo transparente. Con algunas modificaciones, el enfoque se extiende a los flujos de gas y líquido, con particular énfasis en el efecto de una sola burbuja de aire alargada (Taylor) en mejora de la transferencia de calor. Una técnica no invasiva de la termografía se aplica para medir la temperatura instantánea de una delgada hoja de metal calentada eléctricamente. La lámina se pega para cubrir una ranura angosta en el tubo. La inercia térmica de la hoja es lo suficientemente pequeña como para detectar la variación de la temperatura instantánea de la hoja. La sección de prueba se puede mover a lo largo de la tubería y es suficiente para cubrir una parte considerable de la capa de límite termal creciente.
Al comienzo de cada corrida experimental, un estado estacionario con un flujo constante del agua flujo ritmo y calor a la lámina es alcanzado y sirve como referencia. La burbuja de Taylor entonces se inyecta en el tubo. Las variaciones de coeficiente de transferencia de calor por el paso de una burbuja de Taylor propagar en un tubo vertical se mide como función de la distancia del punto que mide desde la parte inferior de la burbuja móvil de Taylor. Así, los resultados representan los coeficientes de transferencia de calor local. Múltiples carreras independientes realizados en condiciones idénticas permiten acumulados datos suficientes para calcular los resultados promedio de conjunto fiables sobre la transferencia de calor por convección transitoria. Para llevar a cabo esto en un marco de referencia en movimiento con la burbuja, la localización de la burbuja a lo largo de la tubería debe conocerse en todo momento. Se presenta la descripción detallada de las medidas de la longitud y la velocidad de traslación de las burbujas de Taylor por sondas ópticas.

Un ejemplo de los sensores ópticos de salida de registros se presenta en la figura 4 para una sola burbuja de Taylor en un tubo vertical lleno de agua estancada. La gota grande inicial representa la apertura del circuito debido a la punta de la burbuja de Taylor, mientras que el más adelante mucho más corta gotas tras el aumento en el valor inicial por el paso de la cola de burbujas alargadas, representan las burbujas dispersas en la estela de líquido det...

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

Este manuscrito describe métodos para medir coeficientes de transferencia de calor convectivo instantánea local en un flujo de tubería simple o dos fases. También se presenta un sencillo método óptico para determinar la longitud y la velocidad de propagación de una burbuja de aire (Taylor) alargada moviéndose a una velocidad constante.

Mediciones de transferencia de calor convectivo instantánea Local en una pipa - flujo bifásico y solo

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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