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 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
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
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Tepelné výměníky
Trubkový výměník tepla Deskový výměník tepla
Výměník trubka v trubce 3
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Stratifikační nádoba
4
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Návrh modelu
Rozměry modelu v mm
3D model nádrže 5
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Použité topné patrony
Délka: Průměr: Napájení: Max. teplota:
200 mm 20 mm ~220 V 750°C 6
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Použité termostaty
Teplotní rozsah čidla: – 50°C až + 125°C Přesnost měření teploty: +/- 0,5°C
7
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
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
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
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
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Možnosti měření - termokamera
10
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měřící metody – PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence)
11
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měřící metody – PIV (Particle Image Velocimetry)
12
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Uspořádání experimentu
13
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh ohřevu – PLIF Měření pro počáteční teplotu To = 10°C
Průběh ohřevu pro počáteční teplotu To = 10°C 14
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh ohřevu – PLIF
15
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh náběhu proudění – PIV
Proudění pro počáteční teplotu To = 10°C 16
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh ustalování proudění – PIV Měření spuštěno v čase ts = 5 minut
v = 5 - 8 mm/s Ustalování proudění pro počáteční teplotu To = 10°C 17
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh ustalování proudění – PIV Měření spuštěno v čase ts = 10 minut
v = 3 - 6 mm/s Ustalování proudění pro počáteční teplotu To = 10°C 18
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Průběh proudění – PIV– celkový pohled
19
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Detail proudění v okolí patron – PIV
Topná patrona č. 1 20
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Odhalené konstrukční nedostatky
21
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
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
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Plánované pokračování • •
Provedení ověřovacích měření při různých definovaných rozestupech topných patron Vytvoření modelu a simulací stratifikační nádoby
23
Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Děkuji Vám za pozornost.
24
