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.
In this study, evaporation heat transfer tests were conducted in flat aluminum multi-channel tubes using R-22. Two internal geometries were tested ; one with smooth inner surface and the other with micro-fins. Data are presented for the following range of variables ; vapor quality $(0.1{\sim}0.9)$, mass flux$(100{\sim}600kg/m^2s)$ and heat flux$(5{\sim}15kW/m^2)$. The micro-tin tube showed higher heat transfer coefficients compared with those of the smooth tube. Results showed that, for the smooth tube, the effects of mass flux, quality and heat flux were not prominent, and existing correlations overpredicted the data. For the micro-fin tube at low quality, the heat transfer coefficient increased as heat flux increased. However, the trend was reversed at high quality Kandlikar's correlation predicted the low mass flux data, and Shah's correlation predicted the high mass flux data. The heat transfer coefficient of the micro fin tube was approximately two times larger than that of the plain tube. New correlation was developed based on present data.
Boiling heat transfer coefficients and pressure drops for R-22 and R-407C were measured in horizontal micro-channels. The test section is stainless steel tube, inner tube diameters are 1.8mm and 2.8mm, and the respective lengths are 1500mm and 3000mm. The range of mass flux is 300-600kg/$m^2$s and heat flux is 5-15kW/$m^2$. In this results, pressure drop increased linearly for both R-22 and R-407C with increased mass flux, but the increase of heat flux did not affect the pressure. In addition, the pressure drop was fairly increased in the high quality region rather than low quality region. In the range of low quality, the mass flux had a small affect on the heat transfer coefficients, however, in high quality region, the heat transfer coefficients increased even more with increasing mass flux. Under the low quality region and low mass flux, the heat transfer coefficients increased with increasing heat flux densities. The effects of inner tube diameter were clearly observed. Namely, the measured pressure drop inside inner tube diameter 1.8 mm is higher than 2.8 mm with increasing the mass flux and heat flux. Also, the measured local heat transfer coefficient inside inner tube diameter 1.8 mm is higher than 2.8 mm in the range of high qualities. The experimental data for R-407C compared with proposed correlation using pure refrigerant. The experimental data for R-407C was more decreased than the proposed correlation for pure refrigerant up to 50% or more.
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.
Experimental results are presented for the effects of coil diameter, system pressure and mass flux on dryout pattern of two-phase flow in helically coiled tubes. Two tubes with coil diameters of 215 and 485 mm are used in the present study, Inlet system pressures range from 0.3 to 0.7 MPa, mass flux from 300 to 500 kg/㎡s, and heat flux from 36 to 80 kw/㎡. A partial dryout region exists because of the geometrical characteristics of the helically coiled tube. The length of the partial dryout region increases with coil diameter and system pressure. On the other hand, it decreases with increasing mass flux. The critical quality at the tube top side increases with mass flux, but decreases with increasing system pressure. This tendency is more notable when the coil diameter is larger. When the centrifugal force effect becomes stronger, dryout starts at the top and bottom sides of the tube. However, when the gravity effect becomes stronger, dryout is delayed at the tube bottom side. In some cases when the mass flux is low, dryout occurs earlier at the outer side than at the inner side of the tube because of film inversion.
A basic pulse tube refrigerator has been constructed with extensive instrumentation to study the characteristics of the heat exchanger experimentally under the oscillating pressure and the oscillating flow. This paper describes the sequential experiments with the basic pulse tube refrigerator. The experiments were performed for various cycle frequencies under the square pressure wave forms. First, the heat flux was measured through the cycle at the both cold and warm end heat exchangers without the regenerator. In order to enhance the thermal communication capability of the heat exchanger with the gas at low operating frequencies, a unique design of the triangular shape radial fin concept was applied to the heat exchangers. For the fin heat exchanger, the measured heat flux and the calculated heat flux from the two well-known oscillating heat transfer correlations were compared and discussed. Second, the regenerator was added to the pulse tube to make a basic pulse tube refrigerator configuration. The experiment showed the great impact of the regenerator on the temperature and the heat flux profiles. At the warm-end, the cyclic averaged heat flux had its maximum value at the specific operating frequency. The paper presents the explanation of the surface heat pumping effect as well as the experimental data.
Convective boiling heat transfer coefficients of R-22 were obtained in a flat extruded aluminum tube with $D_h=1.41mm$ . The test range covered mass flux from 200 to 600 $kg/m^2s$, heat flux from 5 to 15 $kW/m^2$ and saturation temperature from $5^{\circ}C$ to $15^{\circ}C$ . The heat transfer coefficient curve shows a decreasing trend after a certain quality(critical quality). The critical quality decreases as the heat flux increases, and as the mass flux decreases. The early dryout at a high heat flux results in a unique 'cross-over' of the heat transfer coefficient curves. The heat transfer coefficient increases as the mass flux increases. At a low quality region, however, the effect of mass flux is not prominent. The heat transfer coefficient increases as the saturation temperature increases. The effect of saturation temperature, however, diminishes as the heat flux decreases. Both the Shah and the Kandlikar correlations underpredict the low mass flux and overpredict the high mass flux data.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제12권3호
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pp.148-157
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2004
Convective boiling heat transfer coefficients of R-22 were obtained in a flat extruded aluminum tube with $D_h=1.41mm$. The test range covered mass flux from 200 to $600kg/m^{2}s$, heat flux from 5 to $15kW/m^2$ and saturation temperature from $5^{\circ}C\;to\;15^{\circ}C$. The heat transfer coefficient curve shows a decreasing trend after a certain quality (critical quality). The critical quality decreases as the heat flux increases, and as the mass flux decreases. The early dryout at a high heat flux results in a unique 'cross-over' of the heat transfer coefficient curves. The heat transfer coefficient increases as the mass flux increases. At a low quality region, however, the effect of mass flux is not prominent. The heat transfer coefficient increases as the saturation temperature increases. The effect of saturation temperature, however, diminishes as the heat flux decreases. Both the Shah and the Kandlikar correlations un-derpredict the low mass flux and overpredict the high mass flux data.
The present study has been conducted to observe the heat transfer under pulsating pressure and oscillating flow. The experimental apparatus was fabricated to measure the gas temperature, the wall temperature. the pressure and the instantaneous heat flux inside the pulse tube. The measured gas temperature and heat flux must be calibarated to compensate their finite time constant in the oscillating flow conditious. The experiment was performed from 1 Hz to 5 Hz. The phase difference between the instantaneous heat flux and the gas-wall temperature difference was clearly observed. The experimental heat fluxes were compared to the theroretical correlations such as Complex Nusselt Number Model(CNNM) and Variable Coefficient Model(CVM). The heat flux predisted by CNNM was always greater than that of VCM. The experiment confirmed the valisity of the VCM for the instantaneous heat flux under the pulsating pressure and oscillating flow in the warm end of the pulse tube.
Experiments have been performed to investigate evaporative heat transfer characteristics of R-134a flowing in a small diameter tube. Test section was made of stainless steel tube with an inner diameter of 2.2mm and was uniformly heated by electric current which was applied to the tube wall. The local saturation temperature of refrigerant flowing in a tube is calculated from the measured local saturation pressure by using an equation of state. Inner wall temperature was calculated from measured outer wall temperature, accounting for heat generation in the tube and one dimensional heat conduction through the tube wall. Mass quality of refrigerant flowing in a tube was calculated by considering energy balance in the pre-heater and the test section. Heat flux was varied from 19 to 64kW/$m^2$, and mass flux was chanted from 380 to 570kg/$m^2$s for each heat flux condition. From this study, heat transfer in a small diameter tube is affected by heat flux as well as mass flux for a wide range of mass quality. Heat transfer coefficient in a small diameter tube is much greater than that in medium sized tubes. Test results in this study are compared with Gungor and Winterton correlation, which gives an absolute average deviation of 27%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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