The effect of air flow maldistribution on evaporator heat transfer rate and frosting

Abstract

Evaporatörler, buhar sıkıştırmalı sistemlerde değişik işletme şartları altında kullanılabilen iç akışkan ve hava tarafı dengesiz dağılımı, düşük sıcaklıklarda kanat ve boru yüzeyinde buzlanma büyümesi gibi problemler içerebilen soğutma elemanlarıdır.Bu çalışmada bir endüstriyel soğutucunun pratik uygulamasında karşılaşılabilecek problemlerden yalnızca hava tarafı dağılım problemleri incelenecektir.Bu kapsamda bir evaporator dizayn edilip 3 mm hot bulb prop yardımıyla hem her bir devre üzerinde hem de tüm yüzeyde oluşan hava dengesizlik oranı (AMD) belirlenecektir.Bununla birlikte, alınan ölçümlere bağlı olarak, her bir devre için FrtCoils programında ortalama hava debilerine karşılık gelen kapasiteler hesaplanmış, non-uniform durum toplam kapasitesi belirlenmiş ve uniform durumda ki kapasite ile fark ortaya konmuştur. Bu durumu deneysel olarak doğrulamak amacıyla öncelikle Friterm A.S test laboratuarının kalorimetrik oda kısmında, daha sonra aynı hava debisinin sağlandığı ve daha uniform akışın olduğu iklimlendirme odasında test işlemi gerçekleştirilmiştir.Sonuç olarak, deneysel sonuç ile FrtCoils arasında ki sapmanın yakın olup olmadığı tespit edilebilecek ve ayrıca belirlenen dengesizlik oranlarının ürün kapasitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olmadığı anlaşılacaktır.Diğer yandanfarklı dengesiz dağılım oranının zamanla kapasite değişimi, toplam buz kalınlığı, blokaj oranları, yüzey boyunca oluşan buz desenleri ve gerekli defrost işlemi başlama zamanı üzerindeki etkilerini görebilmek amacıyla buzlanma şartlarında test edilen aynı evaporator dijital kamera, termal kamera ve Matlab görüntü işleme programı yardımıyla incelenmiştir. Sonuç olarak hava dengesiz dağılımının buzlanma üzerindeki etkisi detaylı bir şekilde ortaya çıkartılmıştır.

Evaporators which are used at various conditions have some problems such as refrigerant side maldistribution, air side maldistribution, frost growth at low temperature on surface of fin and tube. In this study, it was investigated considering only air flow distribution problems which may be encountered at practical usage of unit cooler. Accordingly, an evaporator was designed and determined airflow distribution and also air maldistribution degree (AMD), occurring both at each circuit and entire face, by using a 3 mm anemometer. However, depending on the measurements, heat transfer rate of each circuits was calculated by considering the mean velocities of each circuit via FrtCoils Software for non-uniform case and presented the difference with uniform case as well. In order to verification, the product was tested at Friterm Incorporation calorimetric room at first and then tested at conditioning room ensured same and more uniform airflow. Consequently, it was detected whether the deviation of heat transfer rate between experimental result and FrtCoils result was close and also understood whether determined maldistribution degrees had significant impact on heat transfer rate. On the other hand, the same evaporator was investigated under frosting condition in order to observe the effects of different AMD on frosting such as changes of heat transfer rate versus time, the total frost thicknesses, blockage ratios, frost patterns throughout evaporator surface, starting time of required defrost process via digital camera, thermal camera and Matlab Program. As a result, the impact of airflow maldistribution on frosting was able to be revealed in detail.