본 연구는 마이크로핀관에서 이소부탄과 프로판의 증발 열전달 특성에 대해 실험적으로 조사하였다. 시험부는 외경 12.70 mm이고, 높이가 0.25 mm인 75개 핀이 원주방향으로 삽입되어 있다. 실험결과, 탄화수소계 냉매의 평균 열전달계수는 프레온계 냉매인 HCFC22보다 높을 것으로 나타났고, 높은 질랑유속에서는 이소부탄 > 프로판 순으로 나타났다. 마이크로핀관에서 증발 열전달 계수는 평활관에 비해 약 $80{\sim}100%$ 정도가 향상되었다. 이러한 본 연구 결과로부터 탄화수소계 냉매를 냉동 공조 시스템의 냉매로 사용하여 열교환장치를 설계할 경우에는 유리하리라 생각된다.
그간 마이크로핀관 내 증발 열전달 및 압력 손실에 대하여 다수의 연구가 수행되었다. 하지만 대부분의 연구는 에어컨이나 히트 펌프에 사용되는 냉매에 대하여 수행되었고 R-404A에 대해서는 매우 제한된 연구만이 존재한다. R-404A는 근공비혼합냉매로 오존층 파괴와 관련하여 R-502를 대체하여 주로 저온 냉동, 냉장에 사용되고 있다. 본 연구에서는 낮은 질량유속 ($80kg/m^2s$에서 $200kg/m^2s$)에서 외경 9.5 mm 마이크로핀관 내 R-404A 증발 열전달 실험을 수행하였다. 또한 비교를 위해 외경 9.5 mm 평활관에 대한 실험도 수행하였다. 실험 결과 마이크로핀관의 전열촉진비는 질량유속이 증가할수록, 열유속이 감소할수록 증가하였다. 이러한 현상은 마이크로핀에 의한 대류 열전달의 증가와 열유속의 상대적 기여에 의한 것으로 판단된다. 또한 실험 범위에서 마이크로핀관의 마찰손실이 평활관의 마찰손실보다 다소 (최대 28%) 크게 나타났다. 기존 상관식은 저유량 R-404A 열전달계수 및 압력손실을 적절히 예측하지 못하는데 이는 본 실험 범위가 기존 상관식의 범위 밖에 있기 때문으로 판단된다.
Evaporation heat transfer coefficient and pressure loss were measured for three different micro-fin tubes and a smooth tube. The experiments were carried out with R-22 over a wide range of vapor Quality, mass velocity and heat flux. Heat transfer coefficient of the tube with slightly modified fin shape was found to be higher than that of the commercial reference tube by 60%. The improvement of heat transfer has been achieved without noticeable increase of pressure loss. Heat transfer coefficient was increased with increasing quality, refrigerant mass flux, and heat flux. However, the effect of refrigerant mass flux and heat flux was not great. Heat transfer coefficient at bottom was lower than that at top of the tube in low quality region, which suggested the existence of stratification in the micro-fin tube. Pressure drop was linearly increased with increasing refrigerant quality and was proportional to about square of mass flux.
The objective of this study is to investigate the pressure drop and heat transfer characteristics of the micro-fin tubes before and after the tube-expansion process. Test tubes are single-grooved micro-fin tubes made of copper with an outer diameter of 9.52 mm before the tube-expansion. The direct heating method is applied in order to make the refrigerant evaporated in the micro-fin tubes. The test ranges of the heat flux, mass flux, and the saturation pressure are 5 to 15kW/$m^2$, 100 to 200 kg/$m^2s$ and 540 to 790 kPa, respectively. The effects of the mass flux, heat flux, and the saturation pressure of the refrigerant on the pressure drop and the heat transfer are presented for the refrigerant R22. In the test conditions of this study, the heat transfer coefficient for the micro-fin tube after the tube-expansion is about 16.5% smaller than that before the tube-expansion because the fin height of micro-fin is reduced and the fin shape becomes flatter. The micro-fin tube after the tube-expansion has about 7.7% greater average pressure drop than that before the tube-expansion process.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권1호
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pp.50-56
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2008
Experimental results for forced convection condensation of Refrigerant-22 and ternary Refrigerant-407C(HFC-32/125/134a 23/25/52 wt%) which is being considered as a substitute R-22 inside a horizontal micro-fin tube are presented. The test section was horizontal double-tube counterflow condenser with a length 4,000 mm micro-fin tube, having 8.53 mm ID, 0.2 mm fin height and 60 fins. The range of parameters of mass velocity were varied from 102.1 to 301.0 kg/(m2.s) and inlet quality 1.0. At the given experimental conditions. the average heat transfer coefficients for R-407C were lower than that for R-22 at a micro-fin tube. Over the mass velocity range tested. the PF(penalty factor) for R-22, R-407C were lower than the increasing ratio of heat transfer area by fins, and the EF(enhancement factor) for R-22, R-407C were higher than the increasing ratio of heat transfer area by fins.
This paper deals with the heat exchange performance prediction of a counter flow type double-tube condenser for natural refrigerant mixtures composed of Propane/n-Butane or Propane/i-Butane in a smooth tube and a micro-fin tube. The local characteristics of heat transfer, mass transfer and pressure drop are calculated using a prediction method developed by the authors. The total pressure drop and the overall heat transfer coefficient are also evaluated on various heat exchange conditions. The calculated results of the natural refrigerant mixtures are compared with HCFC22. In conclusion, natural refrigerant mixtures composed of Propane/n-Butane or Propane/i-Butane are appropriate candidates for alternative refrigerant from the viewpoint of heat transfer characteristics.
In this paper, the experimental results on evaporation heat transfer characteristics were reported for a micro-fin tube using $CO_2$. An experimental refrigerant loop had been established to measure the evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$. Experiments were conducted for mass fluxes, heat fluxes, saturation temperatures and PAG oil concentrations. With increasing the heat flux and the saturation temperature, the evaporation heat transfer coefficient increased. At the higher mass flux, however, the exit vapor quality of the micro-fin tube was to be lower. The peak of the heat transfer coefficient was shifted toward low quality region. The evaporation pressure drop increased as the mass flux increased and the saturation temperature decreased. As PAG oil concentration increased, the evaporation heat transfer coefficient decreased and the dryout was delayed by oil addition.
An experimental study on evaporative heat transfer characteristics in micro-fin tubes before and after expansion process has been performed with R-22. Single-grooved micro-fin tubes with outer diameter of 9.52 mm were used as test sections, and it was uniformly heated by applying direct current to the test tubes. Experiments were conducted at mass flow rates of 20 and 30 kg/hr. For each mass flow rate condition, evaporation temperature was set at 5 and $15^{\circ}C$and heat flux was changed from 6 to 11 kW/$m^2$ The evaporative heat transfer coefficient of micro-fin tubes after expansion is decreased because of the crush of fins and enlargement of inner diameter compared to that before expansion. Convective boiling effect decreased remarkably at higher quality range in the micro-fin tube after expansion, and the difference of the heat transfer coefficient in micro-fin tubes before and after expansion was greater for higher quality region. The evaporative heat transfer coefficient of the micro-fin tube after expansion was 19.9% smaller on the average than that before expansion.
The present study experimentally investigated the effect of refrigeration oil on the condensation heat transfer for R-407C and R-22 in a microfin tube with a U-bend. POE oil ($74.1\;\textrm{mm}^2/s,\;40^{\circ}C$,) and mineral oil $62.5\;\textrm{mm}^2/s,\;40^{\circ}C$,) were used for R-407C and R-22 respectively Experimental parameters were an oil concentration from 0 to 5%, a mass flux from 100 to $400kg/m^{2}s sand an inlet quality from 0.5 to 0.9. The enhancement factors for both R-22 and R-407C refrigerants at the first straight section decreased continuously as the oil concentration increased. They decreased rapidly as the mass flux decreased and the inlet quality increased. The heat transfer coefficients in the U-bend showed the maximum at the $90^{\circ}$/TEX> position. The heat transfer coefficients at the second straight section within the dimensionless length of 48 were larger by a maximum of 33% than the average heat transfer coefficient at the first straight section.
Refrigerant mixtures provide an opportunity to adjust their properties to fit design criteria and a possibility to create new blends that can improve heat transfer characteristics. Therefore, mixture of $CO_2$ and propane is chosen which may be a promising refrigerant and has good environmental compatibility. This paper presents measured heat transfer coefficient data during evaporation process of $CO_2$/propane mixtures flowing upward in vertical smooth and. micro-fin tubes. Smooth and micro-fin tubes with outer diameters of 5 mm and length of 1.44in were selected as test tubes. The tests were conducted at mass fluxes of 212 to $656kg/m^{2}s$, inlet temperatures of -10 to $30^{\circ}C$, heat fluxes of 15 to $60\;kW/m^2$ and for several compositions (75/25, 50/50, 25/75 wt%). Among $CO_2$/propane refrigerant mixtures, the heat transfer characteristics are much better than that of any compositions when the composition is 75/25 (wt%).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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