بررسي آزمايشگاهي انتقال حرارت جريان دو فازي همسوي رو به پايين در داخل لوله هاي عمودي

Experimental investigations on heat transfer in downward cocurrent two phase flow in vertical pipes

در اين مقاله تماس مستقيم آب داغ با هواي سرد براي جريان همسوي رو به پايين درون لوله عمودي بررسي شده است. آزمايش ها در شرايط جريان آشفته، براي لوله هايي به طول 1، 1.5 و 2 متر و قطر 0.021متر انجام شده است. در آزمايش ها دماي آب داغ از 35 تا 50 درجه سلسيوس و دماي هوا از 25 تا 35 درجه سلسيوس تغيير داده شده اند. سرعت هوا در آزمايش هاي مختلف، در مقادير 3، 5، 7، 9 و 11 متر بر ثانيه، و نرخ هاي جريان مايع 5، 8 و 10 ليتر بر دقيقه تغيير داده شدند. الگوي جريان دوفازي بصورت حلقوي در لوله، تشكيل شده است. سطح تماس بين آب و هوا، با استفاده از تابش نور ليزري صفحه اي در مسير جريان و عكس برداري و پردازش تصويري آن بدست آمده است. آزمايش ها نشان داده است كه انتقال حرارت از آب داغ به هواي سرد با افزايش نرخ جريان هوا افزايش پيدا مي كند. بيش از 80 درصد حرارت، از طريق تبخير و كمتر از 20 درصد، از طريق جابجايي منتقل مي شود. در هر سه لوله، با افزايش نرخ جريان مايع، عدد ناسلت كاهش پيدا مي كند. در تمامي دماها، عدد ناسلت با افزايش طول لوله كاهش يافت. مقادير عدد ناسلت آزمايشگاهي، با مقادير تجربي بدست آمده براي لوله هاي صاف مقايسه شدند. در نهايت، روابط اصلاحي براي عدد ناسلت ، با برازش داده هاي آزمايشگاهي بر روي روابط مربوط به لوله هاي صاف، بدست آمد. رابطه پيشنهادي براي انتقال حرارت، عدد ناسلت را با ميانگين خطاي ±15.26% ، پيش بيني كرد.

In the present study direct contact heat transfer between hot water and cold air in vertical pipes with cocurrent downward flow is investigated. Experiments are performed in turbulent condition using 1, 1.5, 2 meter pipe lengths with 0.021 meter diameter. The hot water temperature was varied between 35 and 50 ˚C and the air temperature was varied between 25 and 35˚C. Air velocities were chosen to be 3, 5, 7, 9 and 11 m/s and the rates of flow rate of water was selected as 5, 8 and 10 lit/min. Two phase annular flow pattern of water and air is formed in the vertical pipe. The interface area between water and air was measured by Image Processing taken from shining laser light sheet on the transparent tubes. Over 80 percent of heat was transferred by evaporation and less than 20 percent was transferred by convection. In all three pipes, Nusselt number decreased with increase in flow rate of liquid phase. In all of the verified temperatures, Nusselt number decreased by increasing pipe length. Experimental values for Nusselt numbers were compared to empirical values for smooth surfaces. Finally, some adjustments were suggested for Nusselt number correlation by fitting experimental data into existing correlations for pipes with smooth surface. Proposed correlations for heat transfer resulted in Nusselt number with ±15.26% average error.