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 na seção de teste, cada janela é de 6 mm de largura e 80 mm de comprimento com uma abertura de 25 mm entre windows consecutivos.</li>
		<li>De um 12 µm folha de aço fina, corte cmlong e 12 mm de 40-60 tiras largas. Nota: A película será usada para selar as janelas no tubo de ensaio. O aço inoxidável deve ser revestido com duas listras de ouro que marcam uma pequena distância das extremidades da película e a ser usado para soldar os fios de alimentação para aquecer a folha, veja a Figura 2.</li>
		<li>Medir a resistência elétrica da folha que usando um ohmímetro.</li>
		<li>Coloque a folha dentro do tubo, seguindo os passos descritos abaixo.<ol>
<li>Crie uma base para inserir a folha na seção de teste, feita de um tubo rígido com um diâmetro exterior igual do diâmetro interno do tubo de teste. Para o efeito, cortar um 20 milímetros de largura e cerca de 80 cm tempo parte da parede do tubo</li>
			<li>Cubra a base com graxa antes de colocar a folha sobre ele, para permitir que a base desconectando a folha numa fase posterior.</li>
			<li>Coloque a folha sobre a base e alise-o. Pegue um pano com álcool e limpe a folha de qualquer excesso de graxa.</li>
			<li>Aplique o adesivo sobre a periferia da folha e os três segmentos da película de correspondente para a localização das pontes entre as janelas consecutivas. Nota: O adesivo tem que ser forte com um período de endurecimento inicial de pelo menos 20 minutos para garantir tempo suficiente para o processo de fixação da folha; epóxi DP 460 é usado.</li>
			<li>Introduza cuidadosamente a base com a folha na seção de teste com a folha virada para cima para o windows. Nota: Este processo deve ser feito por duas pessoas.</li>
			<li>Certifique-se que a folha está alinhada com as janelas, as listras de ouro devem ser na borda das duas janelas externas. Quando a folha é colocada corretamente e cobre as janelas, link a base do tubo de teste em cada extremidade, usando uma pinça.</li>
			<li>Cuidadosamente Introduza um pneu de bicicleta dobrada interna do tubo sob a base, Unte o pneu se necessário. Infle o pneu. Durante a inflação observe o adesivo se espalhando por todo o papel alumínio e alcançando a base. Nota: A pressão aplicada pelo pneu inflado deve garantir que o adesivo amarrará a parede interna do tubo e a folha. Isto também irão moldar a folha com a curvatura do tubo e reduzir qualquer interferência possível ao fluxo devido a folha ou o adesivo.</li>
			<li>Com um pano, limpe qualquer adesivo em excesso que atingiu as aberturas da janela.</li>
			<li>Deixe o adesivo seco por 24 h. esvaziar o pneu, extraia-o e abra os grampos.</li>
			<li>Desconecte a base da folha e tubulação nas etapas a seguir:<ol>
<li>Toque suavemente cada extremidade da base para sentir que é mais fácil desconectar e comece desconectando o efeito.</li>
				<li>Use um rolo longo ou um objeto semelhante para desconectar a base original gradualmente, mova lentamente o tubo até a base inteira é desconectada e a folha permanece em segurança sem danos ao tubo. Nota: Este processo deve ser feito com cuidado, a fim de proteger o selo; Se o selo está arruinado uma nova unidade de tubos de teste de transferência de calor deve ser feita.</li>
				<li>Verifica que o tubo é selado, fechando uma das extremidades do tubo e o tubo de enchimento com água.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>Limpe o excesso de graxa do lado interno da tubulação com água e sabão.</li>
		<li>Ligue os cabos de aquecimento elétrico por soldagem para as listras douradas sobre a folha. Nota: Para proteger a folha nessas manchas, é aconselhável primeiro um chip pequeno cooper Hiperligação da folha e depois soldar o fio para isso.</li>
		<li>Com um adesivo térmico Conecte um termopar tipo T para o fundo de cada janela. Estes termopares serão usados mais tarde no processo de calibração de câmera do IR. Nota: As leituras de temperatura desde os termopares são registradas e gravadas por um PC usando um conversor A/D.</li>
		<li>Pintura de pulverizador do lado exterior da película com um spray preto esteira a fim de maximizar a emissividade.</li>
	</ol></li>
	<li>Aplicação de fluxo de calor para frustrar
	<ol>
<li>Ligue os cabos de aquecimento elétrico da borda da película para uma fonte de alimentação de DC.</li>
		<li>Defina a corrente elétrica para que a folha vai chegar a uma temperatura desejada. Nota: Não chegar a uma temperatura que possa comprometer o tubo. Para o plexiglás o limite é de cerca de 45 ° C. No entanto, certifique-se que a folha suficiente para que permaneça temperatura da folha pelo menos alguns graus sobre a temperatura de água de entrada, mesmo durante o estado de arrefecimento devido às mudanças transientes esperado no fluxo de calor.</li>
		<li>Calcular o fluxo de calor aplicado Q = I2R onde I é a corrente aplicada, e R é a resistência elétrica da folha. Nota: A transferência de calor do lado de exterior da folha que está aberto ao ar é insignificante em comparação com a transferência de calor para água dentro do tubo2.</li>
		<li>Conecte um interruptor elétrico controlável de PC dentre os fios de fluxo de calor a fim de controlar o calor fluxo impulsivo iniciação e desligamento.</li>
	</ol></li>
	<li>Câmera IR Nota: especificações detalhadas da câmera IR usado no laboratório podem ser vistas no Ferhstman3,4. A câmera é conectada a um PC e controlada por um computador.<ol>
<li>Se possível, conecte a câmera do IR para um conjunto de trilhos, permitindo o movimento tridimensional da câmara facilmente colocá-lo em diferentes posições ao longo da seção de teste.</li>
		<li>Ligue a câmera IR alguns minutos antes de realizar qualquer medição, os sensores internos levar tempo para esfriar até a temperatura desejada.</li>
		<li>Coloque a câmera IR a poucos centímetros da superfície dentro da distância focal da câmara para permitir a focagem. Nota: Dependendo da resolução da câmera certifique-se de que a área medida não é menor do que um único pixel. É preferível ter a área de superfície medida, consistindo em um número de pixels.</li>
		<li>Definir o foco da câmera do IR.</li>
		<li>Processo de calibração de câmera IR:<ol>
<li>Aplica o fluxo de calor como afirmado em 1.2 e espere até um estado de constante térmico é atingido, ou seja, uma vez que os termopares colocados na temperatura constante registro da folha. Medir a temperatura ambiente na proximidade da instalação experimental com um termopar. Nota: Esta temperatura será usada como a temperatura refletida da superfície. Para um valor elevado da superfície emissividade, este parâmetro é quase insignificante.</li>
			<li>Digite a temperatura ambiente como parâmetro da câmera IR da temperatura refletida.</li>
			<li>Para cada janela na folha, compare a temperatura registrada pela câmera IR para a gravação do termopar de uma janela. Ajuste a propriedade de emissividade da câmera IR até a gravação de temperatura da câmara de IR é igual a temperatura registrada pelo termopar. Nota: Isto pode ser feito para vários valores de fluxo de calor; no entanto, a emissividade não é sensível a esta distância relativamente baixa temperatura. Nas gravações experimentais, o valor médio de emissividade foi 0,98.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. medições de velocidade de translação bolha Taylor e seu comprimento
<ol><li>
Sonda óptica Nota: a sonda óptica inclui uma fonte de luz laser e um fotodíodo. Quando a secção inteira do tubo contém água, o feixe de laser é apontado para o fotodiodo, fazendo com que o circuito a ser fechado. Quando o feixe de laser atinge a bolha de ar, ele é empurrado do fotodíodo e abre o circuito. Assim, um sinal binário é obtido, indicando se a sonda óptica é na frente de uma bolha de ar ou de uma lesma líquida.<ol>
<li>Para conectar o sensor ao cartão A/D, construa o seguinte circuito (Figura 3).</li>
		<li>Ligar o laser, aponte para o diodo. Verifique se a entrada digital do circuito A/D de software. Se o laser atinge o diodo, em seguida, o circuito é fechado e um sinal positivo deve aparecer. Nota: Certifique-se que o diodo é sensível à saída do comprimento de onda do laser. Dados dos sensores ópticos são registrados à taxa de 1 kHz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. o procedimento
<ol><li>Conectar-se a seção de teste para as instalações experimentais, por flanges ou registros de tubulação.</li>
	<li>Conecte os fios eléctricos de aquecimento para a fonte de energia e os termopares para qualquer gravador de temperatura computadorizado.</li>
	<li>Coloque a câmera IR em frente a seção de teste no local desejado.</li>
	<li>Certifique-se de que a câmera é focada sobre a película; Isto é mais fácil fazer com o fluxo de calor na.</li>
	<li>Aplicar o fluxo de calor (1.2) e executar o processo de calibração de câmera do IR (1.3.5).</li>
	<li>Coloque os dois ópticos sondas ao longo do tubo de teste Nota: Se possível, coloque uma sonda óptica no local da câmera do IR; Isto irá permitir a sincronização entre a medição de temperatura e o local da bolha, como a bolha não é visível para a câmera do IR. Se não for possível, certifique-se de deslocar os resultados no tempo em conformidade com a velocidade da bolha e a distância entre a câmera do IR e a sonda óptica.<ol>
<li>Verifique se o feixe de laser na verdade atinge o diodo e produz uma leitura positiva.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ligue a bomba de água e definir a taxa de fluxo desejada. Aplica o fluxo de calor ajustando a corrente da fonte de alimentação.</li>
	<li>Espere até que seja atingida uma temperatura de estado estacionário. Execute o programa de computador para registrar a temperatura da parede de um fluxo de tubo monofásico. Nota: Para isolar o efeito da bolha Taylor sobre o coeficiente de transferência de calor convectiva, é essencial para medir primeiro o coeficiente de transferência de calor convectiva no fluxo monofásico em um fluxo de calor e a taxa de fluxo idênticos como as experiências de duas fases. Recomenda-se executar isto antes de cada evento individual.</li>
	<li>Execute o programa de computador, que controla a injeção de bolha. Nota: Este programa deve primeiro injetar uma única bolha Taylor simultaneamente medir a temperatura da parede usando a câmera do IR e gravar os sinais binários das duas sondas ópticas. Estas duas medidas devem ser sincronizadas para evitar deslocamentos de tempo adicional entre as gravações.</li>
	<li>Entre as execuções, defina o atraso de tempo suficiente para garantir que o sistema é voltar para as condições iniciais, ou seja, a temperatura de parede retorna ao seu valor inicial de estado estacionário monofásico. Nota: É possível que a temperatura da parede do fluxo monofásico estado estacionário aumentará nos casos em que um fluxo de calor elevado na continuamente. Isto deve ser evitado por fechar o fluxo de calor e fazer uma pausa nos experimentos.</li>
</ol>4. processamento de dados
<ol><li>Calcule o coeficiente de transferência de calor para condições monofásico de estado estacionário, com base na EQ. 1. Nota: Este coeficiente é independente do tempo. Ele irá ser usado como um fator de normalização na sequela.<ol>
<li>Para cada evento individual gravado sob dadas condições, calcular comprimento das bolhas Taylor e sondas de velocidade translacional, dividindo a distância entre o óptico, L, pelo intervalo de tempo de período de chegada a dica tempo para cada sensor óptico:  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57437/57437eq2.jpg"> </img>, onde tL1 e tL2 são os tempos de chegada de ponta a bolha para a parte inferior e superiores sensores ópticos, respectivamente.</li>
		<li>Use a velocidade de translação da bolha Taylor para calcular o comprimento de bolha multiplicando-a duração do circuito aberto de uma das sondas ópticas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Calcular o coeficiente de transferência de calor local instantânea para dois fase de fluxo deve ser feito como seguindo: Nota: Apesar de todo o processo experimental é informatizado, o comprimento e a velocidade de translação de bolhas Taylor não permanecem exatamente constantes em cada execução experimental. Portanto, no instante em que a bolha atinge o ponto de medição varia. As sondas ópticas e a câmera do IR têm diferente frame taxas, 30 e 1000 Hz respectivamente.<ol>
<li>Usando a sonda óptica localizada nas imediações da câmera do IR, registro o momento da chegada de ponta a bolha.</li>
		<li>Este sinal de gatilho fornece a referência de tempo para a gravação de câmera do IR. Nota: Ensemble médio processo é necessário para obter o coeficiente de transferência de calor convectiva em função da distância da parte inferior da bolha no ponto de medição, z, onde z= 0 corresponde à parte inferior da bolha. Este parâmetro deve ser normalizado pelo diâmetro da tubulação D.</li>
		<li>Defina uma resolução para z/D. Todos os valores de dados gravados para cada evento individual (correspondente a condições idênticas) abrangidos pela faixa de resolução espacial prescrita e devem ser em média para obter um único valor representativo da temperatura a que distância da parede da bolha no fundo. Nota: Esta resolução espacial deve ser decidida com base na frequência de gravação da câmera do IR e sobre a velocidade de translação da bolha da Taylor. Neste estudo, foi tirada entre 0,15-0,3.</li>
		<li>Calcule o coeficiente de transferência de calor em função da distância da bolha ponta/fundo usando a EQ. 1.</li>
		<li>Normalize o coeficiente de transferência de calor instantâneo local duas fases do coeficiente constante monofásica. Nota: Essa proporção representa uma melhoria na taxa de transferência de calor convectiva devido à passagem da bolha em relação ao fluxo monofásico.</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>

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.
<p class="j...

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><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

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 ...

measurements-local-instantaneous-convective-heat-transfer-pipe-single

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K visualizações.  Tel-Aviv University. 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.

Vídeo: 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.

Echo Velocimetria por Imagem de Partículas

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

Engenharia

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.

Metodologia experimental para Estimativa do local fluxos de calor e queima Tarifas em estacionário limite laminar Chamas camada de difusão

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.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

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.

Força de Coriolis desacopladas e efeitos de flutuabilidade rotativa em campo-total de calor transferir Propriedades de um canal de rotação

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

Teste de eficiência da transferência de calor de um trocador de calor de tubos aletados

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

Education

JoVE Science Education

Engenharia Química

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

Redes de tubulação e perdas de pressão

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

Engenharia Mecânica

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

Resfriamento e Ebulição

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

Análise de Trocadores de Calor

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

Medindo fluxos turbulentos

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

Conservação de Massa e Medições de Taxa de Fluxo

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

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

Resumo

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