Diese Arbeit wurde unterstützt von der Israel Science Foundation Grant # 281/14.

1. Messstrecke für Messungen der momentanen Temperatur
<ol><li>Herstellungsprozess der Messstrecke (Abbildung 2( )
	<ol>
<li>Schneiden Sie ein Segment eines Rohr mindestens 70 cm lang. Hinweis: Der Durchmesser und Wandstärke der Messstrecke sollte identisch mit dem des Rohres in der Versuchsanlage verwendet werden.</li>
		<li>Verwenden einer Fräsmaschine, um 4 angrenzende schmalere Fenstern entlang des Rohres in der Messstrecke zu schneiden, jedes Fenster ist 6 mm breit und 80 mm lang, mit einem 25-mm-Abstand zwischen aufeinander folgenden Fenstern.</li>
		<li>Schneiden Sie von 12 µm dünnen Edelstahl-Folie 40-60 Cmlong und 12 mm breite Streifen. Hinweis: Die Folie wird verwendet werden, um die Fenster in das Prüfrohr zu versiegeln. Der rostfreie Stahl sollten mit zwei goldenen Streifen beschichtet werden, die einen kleinen Abstand von den Enden der Folie zu markieren und zu Schweißen der Versorgungsleitung abgesichert, erwärmen die Folie, siehe Abbildung 2verwendet werden sollen.</li>
		<li>Messen Sie die Folie elektrischen Widerstand mit einem Ohmmeter.</li>
		<li>Legen Sie die Folie innerhalb des Rohres nach den unten beschriebenen Schritten.<ol>
<li>Schaffen Sie eine Basis für das Einfügen der Folie in die Messstrecke aus einem starren Rohr mit einem Außendurchmesser gleich derjenigen der Rohr-Innendurchmesser Test gemacht. Zu diesem Zweck zu schneiden, eine 20 mm breit und ca. 80 cm lange Teil der Rohrwand</li>
			<li>Bestreichen Sie die Basis mit Fett, bevor man die Folie auf, trennen die Basis aus der Folie zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen.</li>
			<li>Legen Sie die Folie auf der Grundlage und glattstreichen. Ein Tuch mit Alkohol nehmen und die Folie von irgendein überschüssiges Fett zu reinigen.</li>
			<li>Tragen Sie den Kleber auf der Folie-Peripherie und auf die drei Segmente der Folie, die Lage der Brücken zwischen den aufeinander folgenden Fenstern entspricht. Hinweis: Der Leim hat stark mit einer anfänglichen erhärtungsdauer von mindestens 20 Minuten sein, um ausreichend Zeit für die Folie-Anlage-Prozess zu gewährleisten; Epoxy DP 460 dient.</li>
			<li>Legen Sie die Basis mit der Folie in die Messstrecke mit der Folie nach oben in Richtung Fenster. Hinweis: Dieser Prozess sollte von zwei Personen durchgeführt werden.</li>
			<li>Sicherstellen Sie, dass die Folie wird mit dem Windows ausgerichtet, die goldenen Streifen sollte am Rand der beiden externen Fenster. Sobald die Folie richtig platziert und die Fenster deckt, verlinken Sie die Grundlage das Prüfrohr an jedem Ende mit einer Klammer.</li>
			<li>Sorgfältig legen Sie ein gefaltetes Fahrradreifen inneren in das Rohr unter der Basis, Schmieren Sie den Reifen, wenn nötig. Pumpen Sie die Reifen. Während die Inflation beobachten Sie den Kleber auf der Folie verteilen und die Basis zu erreichen. Hinweis: Der Druck durch den aufgeblasenen Reifen sollte garantieren, dass der Kleber der Folie und der Rohr-Innenwand binden. Auch werden die Folie an die Krümmung des Rohres zu gestalten und reduziert mögliche Störungen der Strömung durch die Folie oder der Kleber.</li>
			<li>Deaktivieren Sie mit einem Tuch alle überschüssigen Klebstoff, der die Fensteröffnungen erreicht hat.</li>
			<li>Den Kleber trocknen lassen für 24 h Deflate Reifen, entpacken Sie es und öffnen Sie die Klemmen.</li>
			<li>Trennen Sie die Basis von Folie und Rohr in den folgenden Schritten:<ol>
<li>Berühren Sie sanft jedes Ende der Basis zu fühlen, welche Ende ist einfacher zu trennen, und beginnen deshalb trennen.</li>
				<li>Verwenden Sie eine lange Walze oder einem ähnlichen Gegenstand, trennen die ursprüngliche Grundlage allmählich, langsam in das Rohr zu bewegen, bis die gesamte Basis verbunden ist und die Folie sicher unbeschädigt auf dem Rohr bleibt. Hinweis: Dieser Prozess sollte sorgfältig durchgeführt werden, um das Siegel zu schützen; Wenn die Dichtung ist ein neues ruiniert sollte Hitze Transfereinheit Test Rohr gemacht werden.</li>
				<li>Überprüfen Sie, dass das Rohr dicht ist, schließen ein Ende des Rohres und das Rohr mit Wasser zu füllen.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>Reinigen Sie das überschüssige Fett von der Innenseite des Rohres mit Wasser und Seife.</li>
		<li>Verbinden Sie die elektrischen Heizdrähten durch Schweißen zu den goldenen Streifen auf der Folie. Hinweis: Um die Folie an diesen Stellen zu schützen, wird empfohlen, zunächst einen kleine Cooper-Chip an der Folie verknüpfen und dann den Draht zu Schweißen.</li>
		<li>Verbinden Sie mit einem thermischen Klebstoff ein T-Typ Thermoelement am unteren Rand jedes Fenster. Diese Thermoelemente werden später bei der IR-Kamera-Kalibrierung verwendet werden. Hinweis: Die Temperaturwerte von Thermoelemente sind aufgenommen und über einen PC mit einem A/D-Wandler.</li>
		<li>Sprühfarbe der äußeren Seite der Folie mit einem schwarzen Matten Spray um den Emissionsgrad zu maximieren.</li>
	</ol></li>
	<li>Anwenden von Wärmestrom, Folie
	<ol>
<li>Die Elektroheizung Drähte von der Kante der Folie auf ein DC-Netzteil anschließen.</li>
		<li>Setzen Sie den elektrischen Strom, so dass die Folie eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Hinweis: Erreichen Sie eine Temperatur, die das Rohr beeinträchtigen könnten nicht. Für Plexiglas ist die Grenze ca. 45 ° C. Achten Sie aber darauf, die Folie genug um sicherzustellen, dass die Folie Temperatur wenigstens ein paar Grad über der Wassertemperatur Zulauf, auch während der Kühlung Staat aufgrund der vorübergehenden Veränderungen erwartet, in den Fluss bleibt zu heizen.</li>
		<li>Berechnen der Wärmestrom angewendet Q = I2R wo I ist der Strom angewendet und R ist die Folie elektrischen Widerstand. Hinweis: Die Wärmeübertragung vom äußeren Folienseite, das offen an der Luft ist vernachlässigbar im Vergleich zu den Wärmeübergang zum Wasser im inneren Rohr2.</li>
		<li>Verbinden Sie einen PC steuerbaren elektrischen Schalter mit einem der Hitze Flussmittel Drähte um die Hitze Flussmittel impulsive Initiierung und Herunterfahren zu kontrollieren.</li>
	</ol></li>
	<li>IR-Kamera Hinweis: detaillierte Einzelheiten der IR Kamera im Labor in Ferhstman3,4ersichtlich. Die Kamera ist mit einem PC verbunden und von einem Computer gesteuert.<ol>
<li>Wenn möglich, schließen Sie die IR-Kamera auf einen Satz von Schienen ermöglichen dreidimensionale Bewegung der Kamera, leicht in verschiedenen Positionen entlang der Messstrecke zu stellen.</li>
		<li>Schalten Sie die IR-Kamera ein paar Minuten vor der Durchführung von Messungen, die internen Sensoren nehmen Sie sich Zeit auf die gewünschte Temperatur abkühlen lassen.</li>
		<li>Legen Sie die IR-Kamera ein paar Zentimeter von der Oberfläche innerhalb der Brennweite der Kamera, um die Fokussierung zu ermöglichen. Hinweis: Je nach Kameraauflösung sicher sein, dass die gemessenen Fläche nicht kleiner als ein einzelnes Pixel. Es empfiehlt sich, die Fläche gemessen bestehend aus einer Anzahl von Pixeln haben.</li>
		<li>Fokus der IR-Kamera setzen.</li>
		<li>IR-Kamera-Kalibrierung:<ol>
<li>Gelten Sie Wärmestrom, wie in 1.2 und warten bis ein thermische Steady-State, d.h. erreicht ist wenn die Thermoelemente auf die Folie aufzeichnen Konstante Temperatur platziert. Messen Sie die Umgebungstemperatur in der Nähe der Versuchsanlage mit einem Thermoelement. Hinweis: Diese Temperatur wird als der reflektierten Temperatur der Oberfläche verwendet werden. Dieser Parameter ist für einen hohen Wert der Oberfläche Emissionsgrad fast zu vernachlässigen.</li>
			<li>Geben Sie die Umgebungstemperatur als die IR-Kamera-Parameter der reflektierten Temperatur.</li>
			<li>Vergleichen Sie für jedes Fenster in der Folie die Temperatur von der IR-Kamera an die Aufnahme des thermoelementes dieses Fensters aufgezeichnet. Die Temperaturaufzeichnung der IR-Kamera ist gleich der Temperatur aufgezeichnet durch das Thermoelement Emissionsgrad Eigentum der IR-Kamera justiert. Hinweis: Dies kann für mehrere Hitze Flussmittel Werte; Allerdings ist der Emissionsgrad nicht empfindlich bei relativ niedrigen Temperaturbereich. In der experimentellen Aufnahmen war der durchschnittliche Wert der Emissionsgrad 0,98.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. Messungen von Taylor Bubble translatorische Geschwindigkeit und seine Länge
<ol><li>
Optischen Sonde Hinweis: die optischen Sonde enthält eine Laser-Lichtquelle und einer Photodiode. Wenn der gesamte Querschnitt des Rohres Wasser enthält, wird der Laserstrahl auf die Fotodiode, wodurch der Kreislauf geschlossen werden darauf hingewiesen. Trifft der Laserstrahl auf die Luftblase, ist von der Photodiode stieß und öffnet den Stromkreis. So wird ein binäres Signal erhalten, angeben, ob die optische Sonde vor eine Luftblase oder eine flüssige Schnecke ist.<ol>
<li>Um den Sensor der A/D-Karte verbinden, erstellen Sie die folgende Schaltung (Abbildung 3).</li>
		<li>Schalten Sie den Laser, richten Sie sie an der Diode. Überprüfen Sie den digitalen Eingang der Schaltung A/D-Software. Wenn der Laser Diode trifft, dann ist der Stromkreis geschlossen und ein positives Signal erscheinen soll. Hinweis: Stellen Sie sicher, dass die Diode empfindlich auf die Ausgabe der Wellenlänge des Lasers. Die optischen Sensoren Daten mit einer Rate von 1 kHz erfasst.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Versuchsdurchführung
<ol><li>Die Versuchsanlage die Messstrecke von Flanschen oder Rohr Datensätze herstellen.</li>
	<li>Die elektrischen Heizdrähten an der Stromquelle und die Thermoelemente, computergesteuerten Temperatur-Recorder anschließen.</li>
	<li>Die IR-Kamera vor der Messstrecke an der gewünschten Stelle zu platzieren.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die Kamera auf der Folie ausgerichtet ist; Dies ist einfacher mit den Wärmestrom auf zu tun.</li>
	<li>Gelten Sie Wärmestrom (1.2), und führen Sie die IR-Kamera-Kalibrierung (1.3.5).</li>
	<li>Legen Sie die zwei optische Sonden entlang das Prüfrohr Hinweis: Wenn möglich, legen Sie einen optischen Sensor an der Position des IR-Kamera; Dies ermöglicht Synchronisation zwischen die Temperaturmessung und die Lage der Blase, da die Blase nicht für die IR-Kamera sichtbar ist. Falls dies nicht möglich ist, achten Sie darauf, die Ergebnisse rechtzeitig entsprechend verschieben, die Blase-Geschwindigkeit und die Distanz zwischen der IR-Kamera und die optischen Sonde.<ol>
<li>Überprüfen Sie, dass der Laserstrahl in der Tat die Diode trifft und einen positiven Wert ergibt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schalten Sie die Pumpe und legen Sie die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit. Gelten Sie Wärmestrom durch die Anpassung des Stroms des Netzteils.</li>
	<li>Warten Sie, bis eine Steady-State-Temperatur erreicht ist. Führen Sie das Computerprogramm die Wandtemperatur der einphasigen rohrströmung aufzeichnen. Hinweis: Um die Wirkung der Taylor-Blase auf den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten zu isolieren, ist es wichtig, Messen Sie zuerst den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten in einphasigen Strom auf eine identische Flow Rate und Wärme Flussmittel wie in der zwei-Phasen-Experimente. Es empfiehlt sich, diese vor jeder einzelnen Veranstaltung durchführen.</li>
	<li>Führen Sie das Computerprogramm regelt, dass die Blase-Injektion. Hinweis: Dieses Programm sollte zuerst injizieren eine einzelne Taylor Blase und dann gleichzeitig messen die Wandtemperatur mit der IR-Kamera und aufzeichnen die binäre Signale der beiden optischen Sonden. Diese beiden Maße sollten synchronisiert werden, um zusätzliche Zeitverschiebungen zwischen den Aufnahmen zu vermeiden.</li>
	<li>Zwischen den Läufen setzen Sie ausreichende zeitliche Verzögerung um sicherzustellen, dass das System zurück zu den ursprünglichen Bedingungen, d.h. kehrt die Wandtemperatur auf den Anfangswert der einphasigen Steady State. Hinweis: Es ist möglich, dass die Wandtemperatur der einphasigen stationäre Strömung in Fällen steigen wo eine hohe Wärmestromdichte kontinuierlich leuchtet. Dies sollte vermieden werden, indem Sie schließen den Wärmestrom und eine Pause in den Experimenten.</li>
</ol>4. Datenverarbeitung
<ol><li>Der Wärmeübergangskoeffizient für einphasige Steady-State-Bedingungen basierend auf GL. 1 zu berechnen. Hinweis: Dieser Koeffizient ist unabhängig von der Zeit. Es wird als Normalisierung Faktor in der Folge verwendet werden.<ol>
<li>Für jedes einzelnes Ereignis aufgezeichnet unter gegebenen Bedingungen, die Taylor Bläschen Länge berechnen und translatorische Geschwindigkeit durch Teilung der Abstand zwischen den optischen Sonden, L, durch die Periode Zeitintervall der Tipp Ankunft Zeit, jeder optischen Sensor:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> </img>, wo tL1 und tL2 die Zeiten der Blase Tipp Ankunft an der unteren und oberen optische Sensoren, beziehungsweise sind.</li>
		<li>Verwenden Sie die Taylor Blase translatorische Geschwindigkeit die Blase Länge berechnet durch Multiplikation mit der Dauer der Unterbrechung eines optischen Sonden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Berechnung der momentane lokale Wärmeübergangskoeffizient für zwei--Strömung Phasen sollte wie folgt durchgeführt werden: Hinweis: Obwohl der gesamte experimentellen Prozess automatisiert ist, bleiben die Länge und die translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen nicht genau konstant bei jeder einzelne Versuch. Daher variiert der Augenblick, an dem die Blase die Messstelle erreicht. Die optische Sonden und die IR-Kamera haben anderen Frame Preise, 1000 und 30 Hz bzw..<ol>
<li>Mit Hilfe der optischen Sonde befindet sich in der Nähe der IR-Kamera, Aufzeichnung der Augenblick der Blase Tipp Ankunft.</li>
		<li>Dieser Trigger-Signal liefert den Zeitbezug für die IR-Kamera-Aufnahme. Hinweis: Ensemble durchschnittlicher Prozess ist erforderlich, um zu erhalten die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten als Funktion des Abstandes von der Blase unten an der Messstelle, Z, wo Z= 0 entspricht dem unteren Blase. Diese Parameter sollten durch den Rohrdurchmesser Dnormalisiert werden.</li>
		<li>Legen Sie eine Auflösung für Z/D. Alle aufgezeichneten Datenwerte für jedes einzelne Ereignis (entsprechend identischen Bedingungen) liegen im Bereich von vorgeschriebenen Ortsauflösung und gemittelt werden sollte, um einen einzigen repräsentativen Wert die Wandtemperatur in dieser Entfernung von der Blase zu erhalten unten. Hinweis: Diese räumliche Auflösung sollte basierend auf der Aufnahmefrequenz von der IR-Kamera und die translatorische Geschwindigkeit der Taylor-Blase entschieden werden. In dieser Studie wurde es zwischen 0,15-0,3 übernommen.</li>
		<li>Der Wärmeübergangskoeffizient in Abhängigkeit von der Entfernung der Blase Tipp/Unterseite mit GL. 1 zu berechnen.</li>
		<li>Der zwei-Phasen-lokale momentane Wärmeübergangskoeffizient durch den einphasigen konstanten Koeffizienten zu normalisieren. Hinweis: Dieses Verhältnis entspricht einer Verbesserung in Konvektionswärme Übertragungsrate durch die Blase Passage im Vergleich zum einphasigen Strom.</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>

Experimentelle Untersuchung der lokalen Wärmeübertragung in transiente rohrströmung ist eine komplizierte Aufgabe, die High-End-Messgeräte und Methoden sowie eine maßgeschneiderte Versuchsanlage insbesondere erfordert eine speziell entwickelte Testabschnitt. Dieses Protokoll zeigt eine Thermographie-Technik, die schnelle zeitliche Veränderungen Wandtemperatur und Wärmeübertragungsrate aufgrund von Schwankungen im Fluss Hydrodynamik treu zu messen vermag.
Eine detaillierte Beschreibung ...

In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche experimentelle Studien der konvektive Wärmeübertragung, mit verschiedenen Techniken, um die Wand bzw. die Temperatur der Flüssigkeit in einer Vielzahl von Fluss-Konfigurationen, Messen durchgeführt. Einer der Faktoren, die die Genauigkeit der Temperaturmessung im instationären Prozesse begrenzt ist die langsame Reaktion der Sensoren. Um lokale momentane Wandtemperatur zu erfassen, muss die Messgeräte schnell genug reagieren, während die Oberfläche die Temperaturerfassung im thermischen Gleichgewicht mit der zeitabhängigen Strömung muss. Die thermische Trägheit der Oberfläche muss also klein genug sein. Die relevanten Zeitskalen richten sich nach der hydrodynamischen Phänomene, die die Änderung in die konvektive Wärmeübertragung führen. Schnelle Reaktionszeit ist somit entscheidend für die Aufnahme der zeitabhängigen Temperatur in Transiente Strömung.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, dient eine IR-Kamera, eine spezielle eigengefertigte Messstrecke aufzuzeichnen, die eine schnelle Temperatur-Antwort auf jede Änderung in den Fluss ermöglicht. Ein Teil der Rohrwand wird abgeschnitten und durch eine dünne Folie aus rostfreiem Stahl ersetzt. Ein ähnlicher Ansatz wurde von Hetsroni Et Al. verwendet. 1, die Folie, die sie benutzten war jedoch zu dick, um Änderungen der momentanen Temperaturen Messen und nur Zeit im Durchschnitt Temperaturen wurden vorgestellt. Verringerung der Dicke der Folie verbessert das Zeitverhalten erheblich. 2 dieses Verfahren wurde im Labor, um konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten Zweiphasenströmung3,4 und Transienten Phänomene in einphasigen Rohr fließen5messen.
Ein schematischer Aufbau der Zweiphasenströmung Anlage in Abbildung 1angegeben wird, zusätzliche Informationen über das einzigartige Air Inlet Gerät Babin Et Al. finden Sie im 3
Untersuchung der konvektive Wärmeübertragung in zwei-Phasen-Strömung ist sehr komplex aufgrund der vorübergehenden Fließverhalten und die Wirkung der nichtig Bruch in den Rohrquerschnitt. Daher haben viele Studien nur eine durchschnittliche konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten für einen gegebenen Strömungsregime in Abhängigkeit von bestimmten Strömung Bedingungen6,7,8,9,10 vorgestellt , 11. jedoch die Papiere von Donnelly Et Al. 12 und Liu Et al. 13 stellen Beispiele für zwei-Phasen-lokale Konvektionswärme Übertragung Studien dar.
Die vorliegende Studie befasst sich mit Hitze-Transfer Messungen um eine einzelne längliche (Taylor) Blase injiziert stagniert oder Flüssigkeit in einem Rohr fließt. Die Taylor-Blase breitet sich in einer Konstanten translatorische Geschwindigkeit14,15,16. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Blase wird bestimmt mit optischen Sonden Methode bestehend aus Laser-Lichtquelle und Fotodiode3,4.
Die Kombination von der IR-Kamera und der optische Sonden erlaubt Messungen von der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung als Funktion des Abstandes vom Taylor Blase oben oder unten.
Die momentane Wandtemperatur kann verwendet werden, um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten, hund die Nusselt-Zahl zu berechnen:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq1.jpg">, (1)
wo q ist der Wärmestrom an der Folie, Tw und T∞ sind die Wandtemperatur und die Eintrittstemperatur Wasser bzw. k ist die flüssige Leitfähigkeit und D ist der Durchmesser des Rohres. Die Massentemperatur, das allgemein verwendet ist, um festzustellen, die Wärmedurchgangskoeffizienten wurde nicht gemessen, um vermeiden Störungen auf den Fluss.

<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

Diese Handschrift enthält Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Herstellungsprozesses einer Messstrecke entwickelt, um der lokalen momentane Wärmeübergangskoeffizient als Funktion der flüssigen Durchflussmenge in einem transparenten Rohr zu messen. Mit einigen Änderungen erstreckt sich der Ansatz auf Gas-Flüssigkeit fließt, mit Schwerpunkt auf die Wirkung von einem einzigen länglichen (Taylor) Luftblase auf Hitze-Transfer-Erweiterung. Eine nicht-invasive Thermographie-Technik wird angewendet, um die momentane Temperaturmessung aus einer dünnen Metallfolie, elektrisch beheizt. Die Folie wird geklebt, um einen schmalen Schlitz in das Rohr geschnitten zu decken. Die thermische Trägheit der Folie ist klein genug, um die Variation in die momentane Folie Temperatur zu erkennen. Im Testabschnitt entlang des Rohres bewegt werden kann und ist lang genug, um einen beträchtlichen Teil der wachsenden thermische Grenzschicht zu decken.
Am Anfang jeder einzelne Versuch eine Steady-State mit einem konstanten Wasser Flow Rate und Hitze Flussmittel auf die Folie erreicht und dient als Referenz. Die Taylor-Blase wird dann in das Rohr injiziert. Die Hitze Übertragung Koeffizient Variationen durch Zeitablauf eine Taylor-Blase Vermehrung in ein senkrechtes Rohr wird als Funktion des Abstandes von der Mess-Stelle von der Unterseite der beweglichen Taylor Blase gemessen. Somit stellen die Ergebnisse der örtlichen Wärmedurchgangskoeffizienten. Mehrere unabhängige Durchläufe vorgeformt unter identischen Bedingungen erlauben anfallende ausreichende Daten zuverlässig Ensemble gemittelte Ergebnisse auf die transiente konvektive Wärmeübertragung berechnen. Um dies in einem Bezugssystem bewegt sich mit der Blase durchzuführen, muss die Lage der Blase entlang des Rohres zu allen Zeiten bekannt sein. Detaillierte Beschreibung der Messung der Länge und der translatorische Geschwindigkeit Taylor Blasen durch optische Sonden wird vorgestellt.

Ein Beispiel für die optischen Sensoren Ausgabe Datensätze ist in Abbildung 4 für eine einzelne Taylor Blase steigt in ein senkrechtes Rohr mit stehendem Wasser gefüllt dargestellt. Die ersten große Tropfen steht für die Eröffnung der Strecke durch die Taylor-Blase-Spitze, während der späteren viel kürzere Tropfen nach dem Anstieg auf den ursprünglichen Wert aufgrund des Durchgangs der länglichen Bläschen Rute, repräsentieren die dispergierten L...

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

Dieses Manuskript beschreibt Methoden zur Messung der lokalen momentane konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten in einem ein- oder zweistufigen rohrströmung. Eine einfache optische Methode zur Bestimmung der Länge und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer länglichen (Taylor)-Luftblase, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird ebenfalls dargestellt.

Messungen der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung in einem Rohr - Einzel- und zwei-Phasen-Strömung

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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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K Aufrufe.  Tel-Aviv University. Dieses Manuskript beschreibt Methoden zur Messung der lokalen momentane konvektive Wärmedurchgangskoeffizienten in einem ein- oder zweistufigen rohrströmung. Eine einfache optische Methode zur Bestimmung der Länge und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer länglichen (Taylor)-Luftblase, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird ebenfalls dargestellt.

Serie: 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.

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

Forschung

Ingenieurwesen

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.

Experimentelle Methoden zur Schätzung der lokalen Wärmeströme und Verbrennungsraten in Steady laminaren Grenzschicht 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 ...

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.

Pool-Boiling Wärmeübertragung Enhancement auf zylindrischen Oberflächen mit Hybrid Benetzbare 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 ...

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.

Abkoppeln Corioliskraft und rotierenden Auftrieb Auswirkungen auf Vollfeld Heat Transfer Eigenschaften eines rotierenden Kanals

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

Prüfung der Wärmeübertragungseffizienz eines Rippenrohrwärmetauschers

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

Lehre

JoVE Science Education

Chemische Verfahrenstechnik

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

Rohrleitungsnetze und Druckverluste

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

Maschinenbau

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

Abschrecken und Sieden

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

Wärmetauscher-Analyse

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

Messung turbulenter Strömungen

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

Massenerhaltung und Durchflussmessungen

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