Modelowanie propagacji fali ciśnieniowej podczas procesu skraplania czynnika chłodniczego R134a w minikanałach rurowych w warunkach periodycznych zakłóceń hydrodynamicznych

• Autorzy: Kuczyński W. , Charun H.

Warianty tytułu

EN

Modeling of the propagation of the pressure wave during the condensation process of the R134a refrigerant in pipe mini-channel in the periodic conditions of hydrodynamic disturbances

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych dotyczące propagacji fali ciśnieniowej wywołanej zewnętrznymi oddziaływaniami hydrodynamicznymi w procesie skraplania czynnika chłodniczego R134a w minikanałach rurowych o średnicy wewnętrznej d = 0,64-3,30 mm. Zastosowano dwupłynowy, nierównowagowy model, z poślizgiem prędkości faz przy braku równowagi termodynamicznej miedzy nimi. Do analizy przyjęto równania zachowania masy i pędu. W modelu założono średnie wartości parametrów dla poszczególnych faz opisujących stan układu. Uwzględniono również wpływ tarciowych oporów przepływu w minikanałach. Wymianę ciepła pomiędzy fazami w procesie skraplania opisano jednowymiarowym równaniem Fouriera. Za pomocą własnego kodu obliczeniowego określono w programie MATLAB 8 prędkość propagacji fali ciśnieniowej cTpf> współczynnik tłumienia n-tej fali oraz zależność tych wielkości od częstotliwości kątowej w generowanych zakłóceń. Wyniki obliczeń modelowych porównano z wynikami badań eksperymentalnych uzyskując zadowalającą zgodność.

EN

The present paper covers the results of theoretical and experimental investigations concerning the propagation of a pressure wave that was caused by external hydrodynamic interactions in the condensation process of the R134a refrigerant in pipe minichannels with internal diameter d = 0.64 - 3.30 m"3. A two-liquid non-equilibrium model was used, where there occurs a slip of the velocity of the phases and there is no thermodynamic equilibrium between the phases. Mass and momentum conservation equations were accepted for the purpose of an analysis. In the model, average values were accepted of the parameters for the individual phases that describe the stale of the system. The influence of the frictional flow resistances in the minichannels was taken into consideration, as well. The heat transfer between the phases in the condensation process was described with a one-dimensional Fourier equation. With the aid of the author's own computational code in MATLAB 8 software and on the basis of the model and the foreseen flow parameters, the velocity was determined of the pressure wave propagation clpp the damping coefficient n of the wave as well as the dependence of these values from the angular velocity "w" of the disturbances generated. The results of the model calculations were compared with the results of the experimental investigations; a satisfactory compliance was found.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie propagacji fali ciśnieniowej; proces skraplania czynnika chłodniczego R134a w minikanałach rurowych

EN

modeling of the propagation of the pressure wave; condensation process of the R134a refrigerant

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 47, nr 4
• Strony: 42--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Kuczyński W.

autor

Charun H.

• Katedra Techniki Cieplnej i Chłodnictwa Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] ISHII M.: Thermo-fluid dynamic theory of two-phase flow. Eyrolles, Paris (1975).
• [2] ISHII M.: Study on flow instabilities in two-phase mixture. Argonne National Laboratory Report ANL-76-23, (1976).
• [3] BAUER E.G., HOUDAYER G.R., SUREAU H.M.: An non-equi1ibrium axial flow model and application to loss-of-coolant accident analysis: the CLYSTERE system code. Paper presented to OECD/NEA Specialist's Meeting on Transient Two-phase Flow, Toronto, Canada (1976).
• [4] GHIAASIAAN S.M.: Two-phase flow, boiling, and condensation in conventional and miniature systems. Cambridge University Press (2008) 151-154,483-485.
• [5] KIRCHHOFF G.: Ueber den einflufs der warmeleitung in einem gase auf die schallbewegung, Ann. Phys. Chem. (134) (1868) 177-193.
• [6] ZWIKKF.R C., KOSTEN C.W.: Sound Absorbing Materials. F,lsevier, chap. 2, (1949), Amsterdam.
• [7] STINSON M.R.: The propagation of plane sound waves in narrow and wide circular tubes and generalization to uniform tubes of arbitrary cross-sectional shape. Journal Acoustic Soc. Am. 89 (2) (1991).
• [8] MORSE P.M., FESHBACH H.: Methods of Theoretical Physics. McGraw-Hill New York, Part II (1953), 1495-1501.
• [9] TRAMMEL G.T.: Sound waves in water containing vapour bubbles. I. Appl. Phys. (33) (1962) 1662-1670.
• [10] MERCREDY R.C., HAMILTON L.J.: The effects of nonequilibrium heat, mass and momentum transfer on two-phase speed. Int. J. Heat Mass Transfer (15), (1972), 61-72.
• [11] ISIEH D. Y, PLESSF.T M.S.: On the propagation of sound in a liquid containing gas bubbles. Physic Fluid (4), (1961), 970-975.
• [12] WALLIS G.B.: One-dimensional two-phase flow. McGraw-Hill, New York (1969), 318-322.
• [13] RUGGLES A.E., SCARTON H.A., LAHEY R.T.: Investigation of the propagation of pressure perturbations in bubbly air/water flows. Journal of Heat Transfer, Transactions of the ASME 110 (2) (1988) 494-499.
• [14] ARDON K.H., DUFFEY R.B.: Acoustic wave propagation in a flowing liquid -vapor mixture. Int. J. Multiphase Flow, (4), (1977) 303-322.
• [15] THORLEY R.D., WIGGERT D.C.: The effect of virtual mass on the basic equations for unsteady one-dimensional heterogeneous flows. Int. J. Multiphase Flow, vol 11 (2), (1985) 149-160.
• [16] XU J.L., CHEN T.K.: Acoustic wave prediction in flowing steam-water two-phase mixture. International Journal of Heat and Mass Transfer 43 (7) (2000) 1079- 1088.
• [17] XU J.L., CHEN T.K.: Acoustic wave prediction in flowing steam-water two-phase mixture. Journal of Thermal Science 3 (3) (1994) 147-154.
• [18] XU X.X., GONG J.: A united model for predicting pressure wave speeds in oil and gas two-phase pipe flows. Journal of Petroleum Science and Engineering 60 (3-4) (2008) 150-160.
• [19] Li Y., Chen E., CHEN E., YING Y.: Pressure wave propagation characteristics in a two-phase flow pipeline for liquid-propellant rocket, Aerospace Science and Technology 15 (2011) 453-464.
• [20] PARK J.W., DREW D.A., LAHEY R.T.: The analysis of void wave propagation in adiabatic monodispersed bubbly two-phase flows using an ensemble averaged two-fluid model. International Journal of Multiphase Flow 24 (7) (1998) 1205-1244.
• [21] LANCE M., BATAILLE J.: Turbulence in the liquid phase of a uniform bubbly air-water flow. Journal of Fluid Mechanics 222 (1991), 95-118.
• [22] WATANABE T., HIRANO M., TANABF. E, KAMO H.: The effect of virtual mass on the numerical stability and efficiency of system calculations. Nucl. Eng. Design, (120) (1990), 181-192.
• [23] WHITHAM G.B.: Linear and Nonlinear Wares. Wiley, Chichester, UK (1974).
• [24] KUCZYŃSKI W., BOHDAL T, CHARUN H.: Impact of periodically generated hydrodynamic disturbances on the condensation efficiency of R134a refrigerant in pipe minichannels. International Journal Experimental Heat Transfer, przyjęty do druku w 2012 r.
• [25] FELDMAN CI.., NYDICK S.E., KOKERNAK R.P.: The speed of sound in single component two-phase fluids: theoretical and experimental. Int. Symp. Two-Phase Systems, Haifa Israel (1971) Session 6 Paper 7.
• [26] KOKERNAK R.P., FELDMAN C.L.: Velocity of sound in two-phase flow of R12. ASHRAEJ (14) (1972) 35-38.
• [27] KROEGER P.G.: Application of a non-equilibrium drift flux model to two-phase blow-down analysis. Paper presented to OEGD/NEA Specialists Meeteing on Transient Two-Phase Flow, Toronto, Canada (1976).