Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Jakub Hoffmann TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Zadání 1. Seznamte se s problematikou tepelných výměníků, jejich konstrukcí a možnostmi využití. 2. Zvažte možnosti bezkontaktního měření teplotních polí v uzavřených nádobách. 3. Sestavte laboratorní model tepelného výměníku s jednou, popř. maticí výhřevných patron. 4. Průběh ohřevu vody v tepelném výměníku změřte metodou plif a pořízené výsledky statisticky zpracujte a vyhodnoťte. 2
Tepelné výměníky Deskový výměník tepla Trubkový výměník tepla Výměník trubka v trubce 3
Stratifikační nádoba 4
Návrh modelu Rozměry modelu v mm 3D model nádrže 5
Použité topné patrony Délka: 200 mm Průměr: 20 mm Napájení: ~220 V Max. teplota: 750 C 6
Použité termostaty Teplotní rozsah čidla: 50 C až + 125 C Přesnost měření teploty: +/- 0,5 C 7
Možnosti měření - termočlánky Výhody: zjištění výhřevnosti topné patrony v jejím řezu vysoký rozsah měřených teplot Nevýhody: kontaktní měření teploty nutný mechanický zásah do patrony pro měření nemožnost měřit průběh ohřevu vody termoelektrické napětí je malé časová nestálost termočlánků závislost na magnetickém poli 8
Možnosti měření - termokamera Výhody: bezkontaktní měření teploty měření teploty na velkých plochách přesné zobrazení rozložení teplot rychlé měření Nevýhody: měří se pouze teplota povrchu materiálu vliv okolí a typu materiálu na měření nemožnost měření teploty uvnitř nádoby a zobrazení průběhu ohřevu vody 9
Možnosti měření - termokamera 10
Měřící metody PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence) 11
Měřící metody PIV (Particle Image Velocimetry) 12
Uspořádání experimentu 13
Průběh ohřevu PLIF Měření pro počáteční teplotu To = 10 C Průběh ohřevu pro počáteční teplotu To = 10 C 14
Průběh ohřevu PLIF 15
Průběh náběhu proudění PIV Proudění pro počáteční teplotu To = 10 C 16
Průběh ustalování proudění PIV Měření spuštěno v čase t s = 5 minut v = 5-8 mm/s Ustalování proudění pro počáteční teplotu To = 10 C 17
Průběh ustalování proudění PIV Měření spuštěno v čase t s = 10 minut v = 3-6 mm/s Ustalování proudění pro počáteční teplotu To = 10 C 18
Průběh proudění PIV celkový pohled 19
Detail proudění v okolí patron PIV Topná patrona č. 1 20
Odhalené konstrukční nedostatky 21
Rekapitulace práce Seznámení s druhy teplotních výměníků a stratifikační nádobou Navržení modelu pro experimentální měření Zhodnocení možných měřících metod termokamera, termočlánky Měření průběhu ohřevu metodou PLIF Měření průběhu proudění metodou PIV Odhalení nedostatků v uspořádání experimentu 22
Plánované pokračování Provedení ověřovacích měření při různých definovaných rozestupech topných patron Vytvoření modelu a simulací stratifikační nádoby 23
Děkuji Vám za pozornost. 24