Liquid crystal thermography applied to investigations into heat transfer in minichannels

• Autorzy: Piasecka M. , Poniewski M. E.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie termografii ciekłokrystalicznej w badaniach wymiany ciepła w minikanałach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a measurement set-up for the calibration of thermosensitive liquid crystals, which aims at determining the relation between a hue and a corresponding surface temperature. We also discuss the technique of spreading a liquid crystal layer over the surface. The calibration method, including its inconveniences, is discussed in detail. The analysis of experimental results is given. The accuracy of temperature measurements on the surface with liquid crystal thermography is estimated. The examples of the measurement technique application to investigations into boiling heat transfer in the flow through a minichannel are provided.

PL

W artykule przedstawiono nowoczesną technikę pomiarów rozkładu temperatury na powierzchni grzejnej przy wykorzystaniu termografii ciekłokrystalicznej. Technika ta wymaga zastosowania specjalnego sytemu akwizycji i przetwarzania obrazu kolorowego, a badania doświadczalne poprzedzać musi kalibracja barwy powierzchni ciekłokrystalicznej, celem ustalenia związku pomiędzy demonstrowaną barwą a odpowiadającą jej temperaturą. Przedstawiono stanowisko pomiarowe do przeprowadzania kalibracji termoczułych ciekłych kryształów. Szczegółowo omówiono metodykę kalibracji, wraz z towarzyszącymi jej niedogodnościami. Przeprowadzono analizę otrzymanych wyników z oszacowaniem dokładności pomiarów temperatury powierzchni przy wykorzystaniu wspomnianej techniki. Załączono przykłady wykorzystania termografii ciekłokrystalicznej w badaniach wymiany ciepła przy wrzeniu w przepływie. W badaniach tych obszarem zainteresowania jest zagadnienie przekazywania ciepła do cieczy przepływającej przez pionowy minikanał. Jedną z jego ścianek stanowi folia grzejna, o zadanej i stałej gęstości strumienia ciepła. Podstawową mierzoną wielkością, niezbędną do analizy wymiany ciepła w badanym układzie (obliczenia współczynników przejmowania ciepła na powierzchnia folia grzejna - ciecz wrząca w minikanale) jest znajomość lokalnej temperatury folii grzejnej wzdłuż kierunku przepływu cieczy, wyznaczana przy wykorzystaniu termografii ciekłokrystalicznej.

Słowa kluczowe

EN

temperature measurement; liquid crystals thermography; minichannel

PL

pomiary temperatury; termografia ciekłokrystaliczna; minikanał

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 11, nr 3
• Strony: 259--274
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Piasecka M.

• Kielce University of Technology

autor

Poniewski M. E.

• Kielce University of Technology

Bibliografia

• 1. Adamczyk A.: Unusual state of matter, liquid crystals (in Polish). Warsaw, WP 1981.
• 2. deGennes P. G.: The physics of liquid crystals. Belfast, Oxford University Press 1974.
• 3. Derfel G., Grossman B., Lipiński A.: The physics of liquid crystals. Part II. Applications (in Polish). Łódź, Łódzka University of Technology Publishing House 1994.
• 4. Parsley M.: The hallcrest handbook of thermochromic liquid crystal technology. Glenview, Illinois, Hallcrest 1991.
• 5. Ceilings. P. J.: Liquid crystals. Nature’s delicate phase of matter. Princeton, Princeton University Press 1990.
• 6. Kenning D. B. R.: Wall temperature patterns in nucleate boiling. Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 35, 1991, pp. 73-85.
• 7. Kasagi N., Moffat R. J., Hirata M.: Liquid crystals. Handbook of flow visualization. Hemisphere Public Corp. (eds. W. Yang) 1989.
• 8. Chan T. L.: Evaluation of viewing-angle effect on determination of local heat transfer coefficients on a curved surface using transient and heated-coating liquid-crystal methods. Experiments in Fluids, vol. 31, 2001, pp. 447-456.
• 9. Chan T. L., Jambunathan K., Leung T. P., Ashforth-Frost S.: A surface temperature calibration method for thermochromic liquid crystals using true-color image processing. Heat Transfer, Proc. X Int. Heat Transfer Conf., Brighton, UK, vol. 2, 1994, pp. 201-206.
• 10. Drapp J. L.: Calibration of thermochromic liquid crystals. M. Sc. Thesis. University of Houston, Dept. Mech. Eng. 1995.
• 11. Hay J. L., Hollingsworth D. K.: A comparison of trichromic systems for use in the calibration of polymer-dispersed thermochromic liquid crystals. Exp. Thermal and Fluid Sc., vol. 12, 1996, pp. 1-12.
• 12. Hay J. L., Hollingsworth D. K.: Calibration of micro-encapsulated liquid crystals using hue angle and a dimensionless temperature. Exp. Thermal and Fluid Sc., vol. 18, 1998, pp. 251-257.
• 13. Hollingsworth D. K., Hay J. L., Dalrypmple N. E.: Applications of liquid crystal thermography to boiling heat transfer. Int. Conf. On Heat Transfer with Change of Phase, HEAT’96, Sci. Papers of the Kielce Univ. Of Technology, s. Mechanics, no 61, vol. 1, 1996, pp. 215-224.
• 14. Jankowska-Piasecka M., Poniewski M.: Liquid crystals and their applications to thermal technologies (in Polish). Sci. Papers of the Kielce Univ. of Technology, s. Mechanics, no 55, 1995, pp. 149-158.
• 15. Piasecka M., Piwowarski Sz., Poniewski M. E.: Calibration of thermosensitive liquid crystals for determination of two-dimensional temperature field (in Polish). Sci. Papers of the Kielce Univ. Of Technology, s. Mechanics, no 70, 1999, pp. 39-51.
• 16. Piasecka M., Piwowarski Sz., Poniewski M. E.: The method of calibration of thermochromic liquid crystals in boiling heat transfer coefficient. Annual Sci. Conf. GAMM’2000, Book of Abstracts, 2000, p. 115.
• 17. Piasecka M.: Theoretical and experimental investigations into boiling heat transfer in flow through a narrow channel (in Polish). Ph. D. Thesis, the Kielce Univ. of Technology, Faculty of Mechatronics and Machinery Design 2002.
• 18. Piasecka M.: Thermography applications to investigations into boiling heat transfer in flow through a narrow channel (in Polish). Chemical Engineering and Apparatus, no 5, 2003, pp. 160-162.
• 19. Piasecka M., Poniewski M. E.: Theoretical and experimental analysis of flow boiling heat transfer in minichannel. Proc. 5th Minsk Int. Seminar - Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Minsk, Belarus, 2003, pp. 228-247.
• 20. Kowalewski T. A., Cybulski A.: Experimental and numerical investigation of natural convection in freezing water. Int. Conf. On Heat Transfer with Change of Phase, HEAT’96, Sci. Papers of the Kielce Univ. Of Technology, s. Mechanics, no 61, vol. 2, 1996, pp. 7-16.
• 21. Matsumoto R., Ishihara I., Kikkawa S., Senda M.: Measurement of heat transfer coefficients using thermosensitive liquid crystal. Technology Report of Kansai Univ., no 39, 1997, pp. 13-26.
• 22. Stąsiek J., Dominiczak P. R.: The use of thermochromic liquid crystals and digital image processing in heat transfer and multi-phase flow. Int. Conf. On Heat Transfer with Change of Phase, HEAT’96, Sci. Papers of the Kielce Univ. of Technology, s. Mechanics, no 61, vol. 2, 1996, pp. 221-233.
• 23. Wang Z., Ireland P. T., Jones T. V.: An advanced method of processing liquid crystal video signals from transient heat transfer experiments. Trans. of ASME-vol. 117, J. of Turbomachinery, 1995, pp. 184-189.
• 24. Wierzbowski M., Stąsiek J.: Liquid crystal technique application for heat transfer investigation in a fin-tube heat exchanger element. Proc. of the XI Symp. on Heat and Mass Transfer, ITC Śląska University of Technology, KTiS PAN, Gliwice-Szczyrk, vol. 2, 2001, pp. 57-64.
• 25. Baughn J. W., Anderson M. R., Mayhew J. E., Wolf J. D.: Hysteresis of thermochromic liquid crystal temperature measurement based on hue. J. of Heat Transfer, vol. 121, 1999, pp. 1067-1072.
• 26. Farina D. J., Hacker J. M., Moffat R. J., Eaton J. K.: Illuminant invariant calibration of thermochromic liquid crystals. ASME HTD-vol. 252, Visualization of Heat Transfer Processes, 1993, pp. 1-11.
• 27. Peterson D., Hu S. H., Richards C. D., Richards R. F.: The measurement of droplet temperature using thermochromic liquid crystals. ASME HTD-vol. 308, National Heat Transfer Conf., 1995, pp. 39-45.
• 28. Zabrodzki J., ed.: Computer graphics (in Polish). Warsaw, WNT 1994.
• 29. Holman J. P.: Experimental methods for engineers. New York, McGraw-Hill 1989.
• 30. Guide to the expression of uncertainty in measurement (in Polish). Poland, The Main Measurement Office 1999.
• 31. Piasecka M., Hożejowska S., Poniewski M. E.: Determination of local flow boiling heat transfer coefficient in narrow channel. Archives of Thermodynamics, vol. 24, no 2, 2003, pp. 55-67.
• 32. Piasecka M., Poniewski M E.: The onset of refrigerant R-123 flow boiling in a narrow perpendicular channel. Archives of Thermodynamics, vol. 24, no 2, 2003, pp. 19-35.
• 33. Piasecka M., Hożejowska S., Poniewski M. E.: Experimental evaluation of flow boiling incipience of subcooled fluid in a narrow channel. Int. J. of Heat and Fluid Flow,, vol. 25, 2004, pp. 159-172.
• 34. Piasecka M., Poniewski M. E.: Hysteresis phenomena at the onset of subcooled nucleate flow boiling in microchannels. ASME. Heat Transfer Eng. J., vol. 25, no 3, 2004, pp. 44-51.
• 35. Piasecka M., Poniewski M. E.: Influence of selected parameters on boiling heat transfer in minichannels. Proc. 2nd Int. Conf. on Microchannels and Minichannels, Rochester, NY, USA, 16-19.06.2004, ASME, pp. 515-522.
• 36. Piasecka M., Poniewski M. E.: Flow boiling incipience in minichannels. Paper accepted for 3rd Int. Symp. On Two-Phase Flow Modelling and Experimentation, Pisa, Italy, 22-24.09.2004.