Stanowisko do wyznaczania charakterystyk cieplno-przepływowych radiatorów.
Stanowisko umożliwia badanie charakterystyk cieplno - przepływowych radiatorów stosowanych do rozpraszania ciepła z komponentów elektronicznych oraz przemysłowych opraw oświetleniowych LED. Stanowisko wyposażone jest w przekalibrowane czujniki temperatury, mierniki gęstości strumienia ciepła, zasilacze i grzałki do symulowania obciążenia cieplnego. Na stanowisku można również wykonywać pomiary charakterystycznych prędkości przy pomocy anemometrii z grzanym włóknem.
Stanowisko do wyznaczania charakterystyk cieplnych mini-wymienników ciepła.
Stanowisko służy do wyznaczania bilansu cieplnego wymienników ciepła. Głównymi elementami stanowiska jest płytowy wymiennik ciepła, zestaw termopar (typ K) do pomiaru temperatury czynnika na wlocie i wylocie po stronie gorącej i zimnej, dwa przetworniki ciśnienia, zestaw dwóch przepływomierzy oraz dwa termostaty wodne. Do stabilizacji temperatury odniesienia wykorzystano automatyczny punkt topnienia lodu. Parametrami mierzonymi bezpośrednio były: temperatury, spadki ciśnienia oraz objętościowe natężenia przepływu czynnika, na podstawie których określano moc cieplną strony gorącej i zimnej. Proces rejestracji, przetwarzania i akwizycji danych został w pełni zautomatyzowany. Do rejestracji danych pomiarowych wykorzystano zestaw pomiarowy Keithley 3700A wraz z kartą pomiarową Keithley 3706. Do rejestracji sygnałów elektrycznych z poszczególnych urządzeń, ich dalszego przetwarzania i akwizycji danych sporządzono program w środowisku LabVIEW, dzięki czemu dane były zapisywane automatycznie do pliku tekstowego. Sygnały elektryczne były przetwarzane na sygnały wielkości fizycznych za pomocą funkcji zaimplementowanych w programie. Pomiary odbywały się przy stałej wartości temperatury otoczenia, którą ustawiano jako średnią temperaturę obudowy wymiennika. Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru możliwe jest dalsze określenie charakterystyk cieplnych i przepływowych różnych wymienników ciepła, w tym wymienników minikanałowych.
Technika elektrolityczna.
Technika ta jest jedną z metod analogowych stosowaną do wyznaczania współczynnika wymiany ciepła. Wykorzystywana jest w przypadkach gdy jedynym sposobem ustalenia wartości współczynników są badania doświadczalne. Dotyczy to wymiany ciepła na powierzchniach o skomplikowanych kształtach i złożonych warunkach przepływu. W technice elektrolitycznej (metoda prądów granicznych) w zależności od liczby Reynoldsa Re stosuje się różne układy oksydacyjno-redukcyjne. W badaniach zastosowano układ, w którym badana powierzchnia wymiany ciepła/masy jest elektrodą niklową a czynnikiem roboczym elektrolit składający się z równomolowej mieszaniny K3Fe(CN)6 – żelazicyjanku potasu i K4Fe(CN)6 – żelazocyjanku potasu wobec elektrolitu podstawowego którym jest 1 M roztwór NaOH. Anodę stanowi elektroda niklowa o powierzchni większej niż katoda. Rysunek przedstawia procesy zachodzące na elektrodach.
W celu wyznaczenia prądów granicznych sporządza się woltamogramy, z których odczytuje się wartości prądów granicznych. Poniżej przedstawiono przykładowy woltamogram dla różnych liczb Reynoldsa. Natomiast stężenie jonów roboczych w elektrolicie wyznacza się za pomocą miareczkowania jodometrycznego.
W celu wyznaczenia współczynników wymiany ciepła należy skorzystać z analogii procesów wymiany ciepła i masy przy konwekcyjnym przepływie w kanałach. Zależność ta może być przedstawiona w formie równania wiążącego odpowiednie liczby podobieństwa dla wymiany ciepła z analogicznymi dla wymiany masy: Poniżej przedstawiono schemat stanowiska do badań współczynników wymiany masy.
1. sekcja pomiarowa, 2 -system rejestracji i przetwarzania danych, 3 - pomiar temperatury, 4 - zbiornik z elektrolitem, 5 - pompa, 6 - pomiar natężenia przepływu elektrolitu.
Pomiar współczynnika przejmowania ciepła techniką elektrolityczną.
W przypadku badań przejmowania ciepła przy przepływie przez minikanały, mogą wystąpić znaczne błędy pomiarowe wynikające z zakłóceń procesów konwekcyjnej wymiany ciepła spowodowanych m.in. montażem czujników temperatury, którymi najczęściej są termopary. W związku z tym istnieje konieczność poszukiwania innych technik badawczych, które zminimalizowałyby powyższe błędy. Jedną z nich jest metoda prądów granicznych znana również pod nazwą techniki elektrolitycznej, której podstawą jest pomiar wartości prądów granicznych powstających w procesach elektrolizy przebiegających w układzie z elektrolitem, gdzie powierzchnie katod stanowią elementy modelujące powierzchnię wymiany ciepła w zjawisku rzeczywistym.
Laboratorium do badania zjawisk konwekcyjnej wymiany masy/ciepła techniką sublimacji naftalenu.
Jednym z zasadniczych problemów podczas analizy zagadnień z wymiany ciepła jest określenie jego warunków brzegowych. W Zakładzie Termodynamiki zrealizowano pracę doktorską w ramach, której zajmowano się określeniem wpływu niektórych parametrów geometrycznych w kanałach z turbulizatorami żeberkowymi na konwekcyjną wymianę ciepła na jego ściankach. Do badania zjawisk zachodzących w trakcie takiej wymiany ciepła zastosowano technikę sublimacji naftalenu (TSN). TSN jest techniką analogową opierającą się na podobieństwie zjawisk, różnych pod względem fizycznym, ale identycznych pod względem opisu matematycznego. Pozwala to, przy możliwie wiernym zachowaniu podobieństwa, na przeniesienie wyników pomiarów z jednego zjawiska fizycznego na inne. W przypadku TSN zjawiskiem modelującym wymianę ciepła jest zjawisko wymiany masy zachodzące podczas sublimacji naftalenu. W TSN wykonany z naftalenu model powierzchni wystawiany jest na oddziaływanie powietrza w warunkach przepływowych analogicznych do występujących w modelowanym zjawisku wymiany ciepła. Podczas ekspozycji naftalen sublimuje z powierzchni modelu w sposób podobny do tego, w jaki ciepło przepływa pomiędzy ścianą kanału i płynem w zjawisku modelowanym. Gęstość strumienia wysublimowanego naftalenu jest analogiem gęstości strumienia ciepła, a gradient stężenia naftalenu w powietrzu jest analogiem gradientu temperatury. Zapewnienie odpowiednich warunków podczas pomiarów pozwala na określenie gradientu stężenia naftalenu, a pomiar ilości wysublimowanego naftalenu pozwala na określenie gęstości strumienia naftalenu. W celu wykonania pomiarów utworzono laboratorium wykorzystujące do badania zjawisk konwekcyjnej wymiany ciepła TSN. Technikę tą wykorzystywano wcześniej w kraju w Politechnice Poznańskiej i Politechnice Śląskiej, ale aktualnie jest to jedyne tego typu laboratorium w Polsce. Laboratorium TSN dołączyło w Zakładzie Termodynamiki do innego, równie unikalnego i opartego na analogii wymiany ciepła i masy, laboratorium wykorzystującego do badania konwekcyjnej wymiany ciepła technikę elektrolityczną Laboratorium TSN pozwala na określanie ubytku naftalenu dwiema metodami: wagową i profilową. Dzięki temu w sposób niezależny określać można wartości średnie parametrów wymiany masy/ciepła dla kanału lub jego części oraz ich rozkład na powierzchni modelu. Na rysunku przedstawiającym ogólny widok laboratorium ukazano elementy kilku zasadniczych układów laboratorium. Są to: tunel aerodynamiczny pracujący w układzie ssącym i otwartym, w którym dokonuje się ekspozycji modelu kanału na działanie powietrza, układ stabilizacji temperatury, zapewniający w jednym wybranym punkcie laboratorium stabilizację temperatury na żądanym poziomie z amplitudą nie większą niż 0,1 K oraz układ do pomiaru profilu powierzchni naftalenu na modelach.
Stanowisko do badania współczynników wymiany ciepła przy chłodzeniu uderzeniowym strugą syntetyczną.
Struga syntetyczna jest rodzajem przepływu generowanym przez ścieżkę struktur wirowych wytwarzanych przez generator strugi syntetycznej. Cechą charakterystyczną urządzenia wytwarzającego strugę syntetyczną jest brak zewnętrznego doprowadzenia płynu. Średni wydatek masowy w przekroju dyszy wynosi dokładnie zero. Urządzenie produkuje wówczas serię wirów, które zasysają dodatkowy płyn z otoczenia wywołując przepływ. Generator strugi syntetycznej składa się z trzech głównych elementów: elementu drgającego np głośnika, komory oraz dyszy.
Stanowisko do badania przepływów elektrohydrodynamicznych.
Badania eksperymentalne i numeryczne przepływów elektrohydrodynamicznych (EHD) generowanych wyładowaniem koronowym. Analiza zjawiska bezpośredniej konwersji energii elektrycznej na energię kinetyczną płynu prowadzona jest w oparciu o charakterystyki elektryczne i przepływowe prostych prototypów wentylatorów EHD. Rozwijany jest również model numeryczny pozwalający na przewidywanie parametrów tego typu urządzeń na etapie projektowania.
