Investigation of natural convection in cubical enclosure using laser induced fluorescence

• Autorzy: Kraszewska, A. , Donizak, J. , Jaszczur, M.

Warianty tytułu

PL

Analiza procesu konwekcji naturalnej przy użyciu techniki fluorescencji wzbudzanej laserowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Temperature measurements are extremely important and they are used in many technical and engineering processes, including the analysis of natural convection. In contrast to the commonly used thermocouples and Pt100 temperature sensors, which allow point temperature measurements, laser induced fluorescence technique (LIF) allows the imaging of temperature fields throughout the area. An obvious disadvantage of thermocouples and Pt100 sensors is the possibility that the probes can affect the fluid flow, changing its structure. This problem does not appear in LIF measurements and better accuracy of temperature mapping is obtained. This work focuses on describing one-color LIF technique (using one fluorescent dye) in theoretical and practical terms. The experimental set-up is described, as well as a number of operations required to get the temperature field of the whole domain. The results of the natural convection process analysis in the configuration of one side wall heated and the opposite one cooled, with the use of laser induced fluorescence technique are presented.

PL

Pomiary temperatury są niezwykle istotne i mają zastosowanie w wielu technicznych i inżynieryjnych procesach, m.in. w analizowaniu konwekcji naturalnej. W odróżnieniu od popularnie używanych termopar i sensorów temperatury Pt100, pozwalających na punktowe pomiary temperatury, technika fluorescencji laserowej LIF pozwala na zobrazowanie pola temperatury w całym badanym obszarze. Oczywistą wadą termopar i czujników Pt100 jest możliwy wpływ sondy na przepływ płynu, zmieniając jego strukturę. Ponadto na dokładność pomiarową w technice LIF wpływa tak że fakt, że w układzie nie występują zaburzenia przepływu spowodowane wprowadzeniem do analizowanego obszaru stałych czujników. Problem ten nie pojawia się w pomiarach techniką LIF. Ponadto, odwzorowanie temperatury jest bardziej dokładne przy pomiarach techniką fluorescencji laserowej. Poniższa praca skupia się na opisaniu jednokolorowej techniki LIF (z wykorzystaniem jednego barwnika fluorescencyjnego) pod względem teoretycznym oraz praktycznym. Opisane zostało stanowisko pomiarowe oraz szereg kolejnych operacji składających się na uzyskanie obszarowego pola temperatury. Przedstawione zostały wyniki analizy procesu konwekcji naturalnej wody w konfiguracji z jedną ścianą boczną grzaną i naprzeciwległą chłodzoną poprzez zamieszczenie wyników pomiarowych uzyskanych techniką fluorescencji laserowej.

Słowa kluczowe

PL

pomiar temperatury; technika wizualizacyjna; LIF; fluorescencja

EN

temperature measurement; visualization technique; LIF; fluorescence

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 86 [290], nr 3
• Strony: 401--408
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kraszewska, A.

• AGH University of Science and Technology, Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Donizak, J.

• AGH University of Science and Technology, Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Jaszczur, M.

• AGH University of Science and Technology, Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Coolen M.C.J., Kieft R.N., Rindt C.C.M., van Steenhoven A.A.: Application of 2-D LIF temperature measurements in water using a Nd: YAG laser, Exp. Fluids, 27 (1999) 420-426.
• 2. Coppeta J., Rogers C.: Dual emission laser induced fluorescence for direct planar scalar behavior measurements, Exp. Fluids, 25 (1998) 1-15.
• 3. Hidrovo C.H.: 2D thickness and temperature mapping of fluids by means of a two-dye laser induced fluorescence ratiometric scheme, J. Flow Vis. Image Process. 9 (2002) 171-191.
• 4. Lavieille P., Lemoine F., Lavergne G., Lebouché M.: Evaporating and combusting droplet temperature measurements using two-color laser-induced fluorescence, Exp. Fluids, 31 (2001) 45-55.
• 5. Lemoine F., Antoine Y., Wolff M., Lebouche M.: Simultaneous temperature and 2D velocity measurements in a turbulent heated jet using combined laser-induced fluorescence and LDA, Exp. Fluids, 26 (1999) 315-323.
• 6. Rotter F., Scholz J., Grimsel J., Wackerbarth H., Beushausen V.: Laser-induced fluorescence temperature determination in fuel–air mixtures without additional fluorescence tracers, Appl. Phys. B, 101 (2010) 909-913.
• 7. Sakakibara J., Hishida K., Maeda M.: Measurements of thermally stratified pipe flow using image-processing techniques, Exp. Fluids, 16 (1993) 82-96.
• 8. Sakakibara J., Adrian R.J.: Whole field measurement of temperature in water using two-color laser induced fluorescence, Exp. Fluids, 26 (1999) 7-15.
• 9. Sakakibara J., Adrian R.J.: Measurement of temperature field of a Rayleigh-Benard convection using two-color laser-induced fluorescence, Exp. Fluids, 37 (2004) 331-340.
• 10. Sutton J., Fisher B.T., Fleming J.W.: A laser-induced fluorescence measurement for aqueous fluid flows with improved temperature sensitivity, Exp. Fluids, 45 (2008) 869-881.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2014.44