Experimental study of condensation inside plain and micro-fin tubes

Abstract

DÜZ VE MİKRO-FİN TÜPLERDE YOGUŞMANIN DENEYSEL ÇALIŞMASI ÖZET Anahtar Kelimeler: Yoğuşma, Isı transferi, Basınç düşümü, Tek ve iki fazlı Bu deneysel çalışma, küçük hidrolik çaplı çok kanallı alüminyum tüplerde 40 °C ve 65 °C doyma sıcaklığında R-134a soğutucu akışkanla tek ve iki-fazlı yoğuşma ısı transferi ve adyabatik basınç düşümü üzerinedir. Testler; tek-fazlı (fazla soğutulmuş sıvı) basınç düşümü, tek-fazlı (fazla soğutulmuş sıvı) ısı transferi, iki-fazlı basınç düşümü ve yoğuşmayla ısı transferini içermektedir. Hidrolik çapı 0.44 mm ve 2.64 mm arasında değişen dört düz ve iki mikro-fin tüp test edilmiştir. Mikro-fin tüplerin kanatçık yükseklikleri 0.1 mm ve 0.12 mm'dir. Yoğuşma ve basınç gradyeni 300- 1000 kg/m2s kütlesel debide ve %20-80 buhar oranlan için 8 kW/m2'de alınmıştır. Soğutucu akışkandan suya olan toplam ısı transferi katsayısı ölçüldü. Modiflye edilmiş Wilson plot metoduyla dairesel kanal içindeki su tarafının ısı transfer katsayısı bulundu. Sonra tüp tarafındaki ısı transferi katsayısı ölçülen toplam ısı transferi katsayısından su tarafının ısı transfer katsayısı çıkartılarak elde edildi. Düz ve mikro-fin tüpler içindeki buhar kesme kontrollü yoğuşma, soğutucu ve klima endüstrisinde önemli bir işlemdir. Yoğuşma datalan göstermektedir ki, yoğuşma ısı transferi katsayısı artan kütlesel debi ve buhar oranı ile artmaktadır. Düz tüplerde yoğuşma katsayısının tahmini için birçok korelasyonlar geliştirilirken, çoğunluğunun geniş bir çap aralığında ve indirgenmiş basınçta geçerliliği yoktur. Bu çalışmada, düz tüplerde yeni eşdeğer Reynolds sayısı yoğuşma ısı transferi katsayısının talimini için kullanılmıştır. Düz tüplerde elde edilen datalarla yoğuşma ısı transferi katsayısı için Shah korelasyonu ile karşılaştırıldı. Tüm tüplerde elde edilen datalar basınç gradyeni için Friedel korelasyonu ile karşılaştırıldı. Yoğuşma ısı transferi katsayısı ve basınç gradyeni tüm tüpler için azalan hidrolik çapla artmaktadır. Yoğuşma üzerindeki hidrolik çapın etkisi tartışılmaktadır. Yüzey gerilim kuvveti düşük kütlesel debide ve %50-60'ın üzerindeki buhar oranlan için yoğuşma ısı transferi katsayısının arttınlmasında etkilidir. Tek-fazlı ısı transferi katsayısı hidrolik çapla kullanılan Petukhov denklemiyle hassas olarak tahmin edilebilmektedir. XVII

SUMMARY Keywords: Condensation, Heat transfer, Pressure drop, Single and two-phase This experimental study addresses condensation heat transfer and adiabatic pressure drop for single-phase and two-phase to R-134a at 40 °C and 65 °C saturation temperature in small hydraulic diameter, multi-port flat extruded aluminum tubes. The tests include single-phase (subcooled liquid) pressure drop, single-phase (subcooled liquid cooling) heat transfer coefficient, two-phase flow pressure drop, and condensation heat transfer coefficient. The tubes tested include four plain tubes and two micro-fin tubes with hydraulic diameters between 0.44 mm and 2.64 mm. The fin heights for the two micro-fin tubes are 0.12 mm and 0.1 mm. Condensation and pressure gradient data taken at 8 kW/m2 for 300-1000 kg/m2s mass velocities and 20-80% vapor qualities. The overall heat transfer coefficient was measured for water-to-refrigerant heat transfer, and the modified Wilson Plot method used to determine the heat transfer coefficient for water-side flow in the annulus. Then, the tube-side condensation coefficient was obtained from that water-side heat transfer coefficient extracted from the measured the overall heat transfer coefficient. Vapor shear-controlled condensation inside plain and micro-fin tubes is an important process for the refrigeration and air-conditioning industry. The condensation data show that condensation heat transfer coefficient increase with increasing mass velocity and vapor quality. While many correlations have been developed to predict the condensing coefficient inside plain tubes, most are not accurate over a wide range of diameters and reduced pressures. In this study, a new equivalent Reynolds number model was used to predict the condensation heat transfer coefficient in plain tubes. The Shah correlation was compared with plain tubes data for condensation heat transfer coefficient. A new modified the Shah correlation was given to predict condensation heat transfer inside small diameter plain tubes. The Friedel correlation compared with all tubes data for pressure gradient. The condensation coefficient and pressure gradients were increased with decreasing hydraulic diameter for all tubes. The effect of hydraulic diameter on condenser operation is discussed. The surface tension force is effective in enhancing the condensation coefficient at vapor qualities above 50-60% arid lower mass velocity. The single-phase heat transfer coefficient is reasonable predicted using the Petukhov equation with hydraulic diameter. XVI