Laboratorium Wymiany Ciepła przy Wrzeniu (w Przepływie)

Kierownik: prof. dr hab. inż. Magdalena Piasecka

Opiekun: prof. dr hab. inż. Magdalena Piasecka

Pokój 3.13 bud. B

STANOWISKO DO BADANIA WYMIANY CIEPŁA PRZY WRZENIU W PRZEPŁYWIE

Zastosowanie: wyznaczania współczynników przejmowania ciepła przy wrzeniu podczas przepływu płynów chłodniczych przez wymienniki ciepła różnej konstrukcji, m.in. z minikanałami pojedynczymi, zestawem mini- i mikrokanałów, czy miniprzestrzenią pierścieniową.

• Możliwość dostosowania układu do testowania dowolnego wymiennika ciepła przepływowego o długości do 50 cm;

• Czynniki robocze: chłodnicze: FC-72, HFE-7000/7100/7200, Novec-649, FC-770, etanol oraz woda;

• Możliwość regulowanego ustawienia położenia wymiennika ciepła względem płaszczyzny poziomej, co 15 stopni w pełnym zakresie obrotu;

• Szeroki zakres gęstości strumienia ciepła w zależności od konstrukcji wymiennika;

• Pomiary przy ciśnieniu całkowitym do 3 bar;

• Zakres przepływu od 2 do 60 kg/h;

• Temperatura czynnika roboczego w instalacji do 100^oC;

• Pomiary temperatury płynów lub powierzchni ogrzewanej wymiennika realizowany metodami stykowymi w wybranych punktach, przy wykorzystaniu termopar lub czujników rezystancyjnych (różnych typów);

• Pomiar rozkładu temperatury na powierzchni z wykorzystaniem kamery termowizyjnej lub przy wykorzystaniu techniki napylanych na powierzchnię mieszanek ciekłokrystalicznych;

• Wizualizacja i rejestracja procesu wrzenia;

• Obliczenia udziału fazy gazowej w mieszaninie cieczowo-parowej, na podstawie analizy obrazu i posiadanego oprogramowania;

• Testowanie wpływu powierzchni grzejnika o różnym stopniu rozwinięcia (rys. 1) stykających się z płynem przepływających przez miniprzestrzenie wymiennika ciepła.

• Badania eksperymentalne prowadzone w stanach ustalonych oraz nieustalonych do 50 pomiarów na sekundę.

• Badania symulacyjne cyfrowego modelowania wymiany ciepła (z ewentualną analizą porównawczą z przeprowadzonych badań rzeczywistych w laboratorium) przy wykorzystaniu zaawansowanego oprogramowania Simcenter Star-CCM+.

Wykaz najważniejszej aparatury kontrolno-pomiarowej podstawowego stanowiska badawczego podano w tabeli 1.

Tabela 1: Wykaz najważniejszej aparatury kontrolno-pomiarowej podstawowego stanowiska badawczego

Widok stanowiska badawczego od strony kamery do zdjęć szybkich

Widoki stanowiska badawczego od strony kamery termowizyjnej wraz z aparaturą akwizycji danych

Widok zamontowanej kamery termowizyjnej FLIR A655SC

Widoki kamer termowizyjnych, będących na wyposażeniu Laboratorium Termometrii: a) FLIR E96, b) FLIR A655sc, c) FLIR E60

a)

b)

c)

Widok modułów testowych z miniprzestrzeniami

Schemat głównych systemów i obiegów realizowanych na stanowisku badawczym oraz widok stanowiska pomiarowego, wykorzystującego termografię ciekłokrystaliczną

Metody stosowane do pomiaru temperatury:

• metodą kontaktową – z wykorzystaniem (i) termopar typu K (o średnicy zewnętrznej płaszcza 0,5 mm lub 0,25 mm) lub typu T (o średnicy zewnętrznej płaszcza 0,5 mm) oraz (ii) czujników rezystancyjnych Pt100 (o średnicy zewnętrznej czujnika 1,5 mm),

• metodami bezkontaktowymi: (i) termografia ciekłokrystaliczna (LCT), z zastosowaniem ciekłych kryształów, naniesionych na powierzchnię, pozwalająca na detekcję zmiany barwy w określonym zakresie temperatury (tzw. pasmo aktywne), (ii) termowizja (IR), wykorzystująca kamery IR, polega na zapisie a następnie zamianie obrazów na mapę temperatury za pomocą programów ResearchIR Max oraz Tools+ firmy FLIR,

Propozycje dla współpracy z przemysłem:

1. Testowanie i analiza pracy wymienników ciepła pod kątem uzyskiwanych sprawności;
2. Analiza efektywności zastosowania różnych konstrukcji wymienników ciepła,
   z wykorzystaniem rozwiniętych powierzchni;
3. Analiza pracy wymienników ciepła pod kątem inżynierii materiałowej;
4. Wykorzystanie zaawansowanych matematycznych metod do obliczeń cieplnych i przepływowych, przy współudziale pracowników WZiMK;
5. Przeprowadzanie obliczeń cieplnych (w tym obliczeń numerycznych); możliwe wykonanie badań eksperymentalnych z wykorzystaniem posiadanej aparatury i oprogramowania;
6. Wykonanie pomiarów termowizyjnych wraz z analizą wyników, przy wykorzystaniu własnej bazy aparaturowej i oprogramowania;
7. Wykonanie pomiarów temperatury powierzchni z wykorzystaniem techniki ciekłokrystalicznej wraz z analizą wyników, przy wykorzystaniu własnej bazy aparaturowej i oprogramowania;
8. Analiza porównawcza wyników pomiaru temperatury na powierzchni – metody stykowe (termopary i rezystancyjne czujniki temperatury) oraz bezstykowe pomiary temperatury (termowizja i termografia ciekłokrystaliczna);
9. Analiza wyników pomiarów w kierunku określenia niepewności pomiaru temperatury oraz dokładności obliczeń cieplnych;
10. Opracowanie metodologii eksperymentalnej i obliczeniowej na bazie własnego know-how i posiadanej aparatury dla zdefiniowanych zagadnień cieplno-przepływowych przedstawionych przez partnera z przemysłu.