Method Article
هذه المخطوطة يصف الأساليب التي تهدف إلى قياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في تدفق أنابيب واحدة أو مرحلتين. ويرد أيضا أسلوب بصري بسيط لتحديد الطول وسرعة نشر ممدود فقاعة هواء (تايلور) تتحرك سرعة ثابتة.
ويقدم هذا المخطوط وصف خطوة بخطوة لعملية التصنيع من مقطع اختبار مصمم لقياس معامل نقل الحرارة الآنية المحلية كدالة لمعدل تدفق السائل في أنبوب شفاف. مع بعض التعديلات، يتم توسيع النهج إلى تدفق الغاز السائل، مع تركيز بشكل خاص على تأثير فقاعة هواء (تايلور) ممدود واحد على تعزيز نقل الحرارة. يتم تطبيق تقنية الحراري وغير الغازية قياس درجة حرارة لحظية رقائق معدنية رقيقة يسخن كهربائياً. التصاق إحباط لتغطية فتحه ضيقة قطع في الأنابيب. القصور الحراري لإحباط صغيرة بما يكفي للكشف عن الاختلاف في درجة الحرارة إحباط لحظية. مقطع الاختبار يمكن نقلها على طول الأنابيب وطويل بما يكفي لتغطية جزء كبير من الطبقة الحدودية الحراري المتزايد.
في بداية كل تشغيل تجريبي، هو تحقيق حالة مستقرة مع تدفق مياه مستمر تدفق معدل والحرارة لإحباط ويخدم كالمرجع. ثم يتم حقن فقاعة تايلور في الأنابيب. يتم قياس الاختلافات معامل نقل الحرارة بسبب مرور فقاعة تايلور نشر في أنبوب عمودي كدالة لمسافة نقطة القياس من أسفل الفقاعة تايلور تتحرك. وهكذا، تمثل النتائج معاملات نقل الحرارة المحلية. يدير مستقلة متعددة بريفورميد تحت ظروف مماثلة السماح بتراكم ما يكفي من البيانات لحساب نتائج موثوق بها الفرقة في المتوسط على نقل الحرارة الحمل الحراري عابرة. للقيام بهذا في إطار مرجعي تتحرك مع الفقاعة، قد موقع فقاعة على طول الأنابيب يكون معروفا في جميع الأوقات. ويرد وصف مفصل لقياسات طول وسرعة الفقاعات تايلور من المسابر الضوئية متعدية الجنسيات.
تم إجراء العديد من الدراسات التجريبية لنقل الحرارة الحمل الحراري، باستخدام تقنيات مختلفة لقياس الجدار و/أو درجة حرارة السوائل في مجموعة متنوعة من تكوينات التدفق، خلال العقود الماضية. واحدة من العوامل التي تحد من دقة قياسات درجات الحرارة في العمليات متقلب هو الاستجابة البطيئة من أجهزة الاستشعار. لتسجيل درجة الحرارة المحلية الجدار لحظية، لديه معدات قياس الاستجابة بسرعة كافية، بينما السطح الذي يتم تسجيل درجة الحرارة يجب أن تكون في حالة توازن حراري مع تدفق تعتمد على الوقت. وهكذا، قد القصور الحراري من السطح إلى أن تكون صغيرة بما فيه الكفاية. المقاييس الزمنية ذات الصلة التي تحددها هيدرودينامية الظواهر التي تسبب التغيير في نقل الحرارة الحمل الحراري. وبالتالي الاستجابة الوقت السريع أمر حاسم لتسجيل درجة الحرارة تعتمد على الوقت في تدفق عابرة.
للوفاء بهذه المتطلبات، يتم استخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء لتسجيل مقطع اختبار الذاتي مصنعة خاصة التي تسمح درجة حرارة بسرعة استجابة لأي تغيير في التدفق. قطع جزء من الجدار الأنابيب واستبداله بإحباط الفولاذ المقاوم للصدأ رقيقة. نهج مماثل كان يستخدمها هيتسروني et al. 1، ومع ذلك، تم إحباط أنها تستخدم سميكة جداً لقياس التغيرات في درجات الحرارة لحظية بدقة وعرض درجات الحرارة بلغ متوسط الوقت فقط. تقليل سمك إحباط تحسن الاستجابة وقت كبير. 2 تم تطبيق هذا الأسلوب في مختبر لقياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري في تدفق مرحلتين3،4 والظواهر العابرة في مرحلة واحدة أنابيب تدفق5.
تخطيط تخطيطي مرفق تدفق مرحلتين يرد في الشكل 1، معلومات إضافية عن الجهاز مدخل الهواء فريد من نوعه ويمكن الاطلاع على في بابين et al. 3
التحقيق في نقل الحرارة الحمل الحراري في مرحلتين تدفق معقد للغاية بسبب سلوك تدفق عابرة والأثر لكسر الفراغ في المقطع العرضي الأنابيب. لذلك، العديد من الدراسات قد قدمت فقط معامل نقل حرارة الحمل الحراري متوسط لنظام تدفق معين كدالة لتدفق محددة الشروط6،،من78،9،10 , 11-غير أن الورقات التي دونيلي et al. 12 وليو et al. 13 تمثل أمثلة لدراسات نقل الحرارة الحمل الحراري المحلية ذات مرحلتين.
وتتناول هذه الدراسة قياسات نقل الحرارة حول فقاعة (تايلور) واحد ممدود حقن الراكدة أو تدفق السائل في أنبوب. فقاعة تايلور تنتشر في15،،من14ثابت سرعة متعدية الجنسيات16. يتم تحديد سرعة نشر فقاعة استخدام الأسلوب المسابر الضوئية تتألف من مصدر ضوء الليزر والضوئي3،4.
المزيج من كاميرا الأشعة تحت الحمراء ومجسات بصرية يسمح قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية كدالة للمسافة من تايلور فقاعة أعلى أو أسفل.
يمكن استخدام درجة حرارة الجدار لحظية لحساب معامل نقل الحرارة الحمل الحراري، و حاء، وعدد نوسيلت:
، (1)
حيث q هو تدفق الحرارة إلى إحباط، تيدبليو و تي∞ الجدار وحرارة المياه مدخل على التوالي، ك الموصلية السائل وهو مد أنابيب قطرها. تم قياس درجة حرارة الجزء الأكبر الذي يستخدم عادة لتحديد معاملات نقل الحرارة لا بغية تجنب إدخال أي تدخل للتدفق.
1-القسم اختبار لقياس درجة الحرارة لحظية
2-القياسات "تايلور فقاعة متعدية السرعة" وطوله
3-الإجراء تجريبي
4-معالجة البيانات
مثال من أجهزة الاستشعار البصرية الإخراج السجلات ويرد في الشكل 4 لفقاعة تايلور واحد ارتفاع في أنبوب عمودي مليئة بالمياه الراكدة. يمثل الانخفاض الكبير الأولى افتتاح الدارة بسبب نصيحة فقاعة تايلور، بينما وقت لاحق قطرات أقصر كثيرا في أعقاب الارتفاع إلى القيمة الأولية بسبب مرور الذيل فقاعات ممدود، تمثل فقاعات متناثرة في أعقاب السائل خلف فقاعة تايلور. تحول الوقت بين نواتج المسابر الضوئية هما واضح وهو نظراً لبعد المسافة بين المسابير اثنين على طول الأنابيب. في هذه التجربة، هي المسابير الفضائية من 0.09 م. حساب سرعة متعدية بنتائج مكافئ. 3 في شتي= 0.23 م/ث؛ الاتفاق مع درجة13 لفقاعة تايلور نشر في أنبوب عمودي مع المياه الراكدة:
يتم قياس طول فقاعة تايلور بضرب سرعة متعدية بمدة مرور فقاعة ممدود:
الذي يناظر لب = 3.54د.
نتائج متوسط فرقة تمثيلية معامل نقل الحرارة الحمل الحراري المحلي نظراً لمرور تايلور واحد طويل د 3.5 فقاعة ترتفع في المياه الراكدة في أنبوب عمودي المرسومة في الشكل 5. وترد النتائج في إطار مرجعي تتحرك مع أسفل الفقاعة، ولذلك تتوافق مع القيم السلبية حتى z/د=-3.5 إلى منطقة فقاعة فيها طبقة رقيقة تفصل بين الجدار فقاعة والأنابيب. يتم تطبيع نتائج الحمل الحراري معاملات تدفق مرحلتين بقيمة معامل التدفق على مرحلة واحدة. من الواضح أن الزيادة القصوى في معامل نقل الحرارة الحمل الحراري بلغت أقطار قليلة وراء أسفل الفقاعة، ويمكن أن يكون قدر مرتين أعلى مقارنة بتدفق على مرحلة واحدة بنفس معدل التدفق. وعلاوة على ذلك، أثر فقاعة تايلور على درجة حرارة الجدار له تأثير مطول، المتبقية الأساسية تصل إلى مئات أقطار خلف تايلور فقاعة السفلي. وهذا يعزى إلى أعقاب خلف الفقاعة. هذه النتائج بمثابة دليل واضح على الاهتمام المتزايد بتدفق مرحلتين كآلية لتبريد.
الشكل 1. تخطيط التخطيطي مرفق تجريبي مع قياسات نقل الحرارة اختبار القسم. وترد تفاصيل قسم مدخل الهواء والماء في الإدراج- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 2. تخطيطي تخطيط المقطع اختبار- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3 . الدائرة الكهربائية أجهزة الاستشعار الضوئية يربط بين صمام ثنائي وبطاقة A/D مرتبطة بجهاز الكمبيوتر- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4 . أجهزة الاستشعار البصرية تسجيل لتايلور فقاعة ترتفع في المياه الراكدة- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5. تطبيع معاملات نقل الحرارة المحلية على طول وحدة سبيكة واحدة لركود السائل (q= 2100 واط/م2)- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
التحقيق التجريبي لنقل الحرارة المحلية في تدفق الأنابيب عابر مهمة معقدة تتطلب أدوات قياس الراقية والأساليب، فضلا عن إنشاء مرفق تجريبي المواصفات، على وجه الخصوص، قسم اختبار مصممة خصيصا. يعرض هذا البروتوكول تقنية الحراري والتي قادرة على قياس التغيرات الزمنية سريعة في درجة حرارة الجدار وفي معدل نقل الحرارة بسبب التغيرات في تدفق الهيدروناميكا إخلاص.
ويرد وصف مفصل لعملية التصنيع من مقطع الاختبار. خطوة حاسمة في إعداد المرفق هو الاستعاضة عن جزء من الجدار الأنابيب بإحباط الفولاذ المقاوم للصدأ رقيقة. إحباط يتم تسخينها بواسطة تيار كهربائي؛ في الجانب الداخلي مفتوح لمجال التدفق تعتمد على الوقت، بينما الجانب الخارجي تم تصويره بكاميرا الأشعة تحت الحمراء وبالتالي الكشف عن أي تغيير في درجة الحرارة إحباط لحظية. ويشكل الاستجابة الزمنية لإحباط القيد الوحيد لهذا الأسلوب. وينبغي اختيار المواد وسمك إحباط لضمان استجابة سريعة بما يكفي من الوقت مقارنة بالأوقات المميزة للظواهر التي تعتبر.
الطريقة المطبقة يسمح نقل الحرارة على كاميرا الأشعة تحت الحمراء لحظية القياسات بالنسبة إلى فقاعة تايلور تتحرك وفقا لما تحدده بالوسائل البصرية. طقم بلغ متوسطها الداخلي خلال تحقيقات عديدة من التجربة بالنسبة لأي الظروف التشغيلية المطبقة في هذه الدراسة يضمن الحصول على نتائج يمكن الاعتماد عليها. يمكن استخدام هذا الأسلوب المقترح لتوصيف نقل الحرارة عابر المحلية في التدفقات أحادية ومتعددة المراحل.
هذا العمل كان تدعمه "مؤسسة العلوم إسرائيل"، منحة # 281/14.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Infra red camera | Optris | PI-1450 | |
Thermocouples A/D card | National Instruments | NI cDAQ-9714. | |
Labview program | National Instruments | ||
Epoxy DP-460 | 3M Scotch-weld |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved