R1234yf soğutucu akışkanının dikey mini kanaldaki kaynama davranışının pasif yöntemle kontrolü

Abstract

Bu çalışmada, düz ve konveks dikey mini kanalda kaynama davranışı deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma sıvısı olarak R1234yf seçilmiştir. Konveks mini kanal derinliği 1,2 mm; genişliği kanal girişinde 3 mm; kanal çıkışında 9 mm olacak şekilde tasarlanmıştır. Düz mini kanal ise eşdeğer çapının, konveks mini kanal ortalama eşdeğer çapına yaklaşık eşit olacak şekilde imal edilmiştir. Konveks mini kanal hidrolik çapı (Dh), kanal girişinde 1,33 mm; kanal çıkışında 2,11 mm'dir. Düz mini kanal hidrolik çapı ise 1,89 mm'dir. Deneyler, soğutucu akışkanın üç farklı kütle akılarında (G=200,300,400 kg/m2s), ısı akısının (q) 0-283 kW/m2 aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma basıncı 4 bardır. Soğutucu akışkanın mini kanala giriş sıcaklığı 3 °C ve 6 °C olarak sabitlenmiştir. Sıcaklık ve basınç ölçümleri ile eş zamanlı olarak akış kaynaması rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir. Tasarlanan akış sisteminde amaç kabarcık kaynama rejimini pasif yöntemle kontrol etmektir. Konveks mini kanal geometrisine bağlı olarak kanal boyunca akışkan ortalama hızının değişmesinin, özellikle kaynama rejimlerinin üzerinde de önemli bir etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. Elde edilen bulgulara göre dikey kanalın konveks olarak tasarlanması durumunda, ısı ve kütle akısının belli bir değerine kadar ve soğutucu akışkanın aşırı soğutma şartlarında test bölümüne girmesi durumunda, soğutma etkisinin düz dikey mini kanala göre oldukça yüksek olabileceği belirlenmiştir.

In this study, the boiling behavior of straight and convex vertical mini channels was investigated experimentally. R1234yf was chosen as working fluid. The convex mini channel is designed to have a depth of 1,2 mm; a width of 3 mm at the inlet and 9 mm at the outlet. The hydraulic diameter of manufactured conventional straight mini channel is approximately equal to the average hydraulic diameter of the convex mini channel. The hydraulic diameter (Dh) of the convex mini channel is 1,33 mm at the channel inlet and 2,11 mm at the channel outlet. Therefore, the hydraulic diameter of the conventional straight mini channel was chosen as 1,89 mm. The experiments were carried out in three mass masses of the refrigerant (G=200, 300, 400 kg/m2s) and the heat flux (q) in the range of 0-283 kW/m2. The working pressure was determined as 4 bar. In the experiments, the temperature of the refrigerant entering the mini channel was fixed at both 3 °C and 6 °C. Flow boiling regimes were visualized with a high speed camera, simultaneously with temperature and pressure measurements. The aim of the designed flow system is to control the nucleate boiling regime by passive method. Variation of fluid average velocity along the channel due to the convex mini-channel geometry has been observed to have a significant effect, particularly on boiling regimes. In case the heat and mass flow is reached to a certain value and the refrigerant enters the test section under extreme cooling conditions, according to the findings, if the vertical channel is designed as convex, it is determined that the cooling effect can be quite high when compared to the straight vertical mini channel.