Investigation of flow characteristics of refrigerant in capillary tubes

Abstract

Kılcal borudaki soğutucu akışkan deneysel ve sayısal olarak incelendi. İçerisinde yoğunlaştırıcı, buharlaştırıcı, kompresör ve kılcal boru barındıran test düzeneği kuruldu. İçerisinde soğutkan olarak R134a kullanılan kılcal boru 1.5 m uzunluğunda ve 1.3 mm çapındadır. Bu düzeneğe ek olarak havanın kapalı döngüde olduğu ve buharlaştırıcı ve yoğunlaştırıcı içerisinden geçen hava akış düzeneği kuruldu. Çok sayıda termokupl soğutma ve hava düzeneklerine yerleştirildi. Özellikle 25 tane termokupl, kılcal boru üzerindeki basınç dağılımını gözlemlemek için yerleştirildi. Soğutucu akışkan debisi üç farklı yöntemle hesaplandı: (1) volümetrik verim ile kompresör strok hacmi üzerinden, (2) yoğunlaştırıcı üzerindeki hava ve soğutkan arasındaki enerji korunumu üzerinden, ve (3) buharlaştırıcı üzerindeki hava ve soğutkan arasındaki enerji korunumu üzerinden. Havanın akış debisi lüle boyunca oluşan basınç düşüşünden hesaplandı. Bundan başka, iki tane sayısal model geliştirildi. İlk sayısal model akışkanın yarı kararlı davranışını göz önünde bulundurmazken ikinci sayısal model bulundurmaktadır. İki sayısal model arasındaki sonuçların farkı genel olarak yüzde beştir. İkinci sayısal model kullanılarak soğutucu akışkan debi üzerinde yapılan hassaslık incelemesi sonucu kılcal boru içerisindeki pürüzlüğün yüzde 0.7 etki ettiği ve kılcal boru çapındaki 0.01 mm'lik değişimin yüzde 2 etkilediği görülmüştür. İki sayısal model deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında ikinci sayısal modelin daha tutarlı olduğu sonuçlardan anlaşılmaktadır.

Refrigerant flows through a capillary tube have been investigated both experimentally and numerically. A test setup is built for a vapor compression refrigeration cycle with condenser, evaporator, compressor and capillary tube. The capillary tube is 1.5 m in length and 1.3 mm in diameter, and R134a is used as the working fluid. In addition, a close-loop of air flow cycle is also built such that dry air flows through the evaporator and then through the condenser. Numerous thermocouples are located in both refrigeration and air cycles. Especially 25 thermocouples placed on the capillary tube measure the temperature change along the tube, which is aimed to provide the pressure distribution along the tube. The refrigerant flow rate was calculated in three methods: (1) using the compressor displacement volume with the volumetric efficiency, (2) energy balance over the condenser between refrigerant and air flows and (3) energy balance over the evaporator between refrigerant and air flows. The air flow rate is obtained by measuring pressure drop across the nozzle. Moreover, two numerical models are investigated. The first model does not consider metastable phenomena while the second model takes metastable regions into consideration. The discrepancy in flow rates between the two numerical models is 5 percent in general. Sensitivity studies using the second model show that the roughness of the capillary tube affects the refrigerant flow rate by 0.7 percent at most while the uncertainty of 0.01 mm in the capillary tube diameter results in 2 percent flowrate change. The comparison of the numerical models with the test results indicates that the second model appears more accurate than the first model.