Modelowanie procesu przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego proekologicznych czynników chłodniczych

• Autorzy: Bohdal T.

Warianty tytułu

EN

Modelling the process of subcooled bubble boiling in flows

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wrzeniem przechłodzonym (subcooled boiling) nazywa się wrzenie, podczas którego czynnik wrze przy ściance kanału, podczas gdy w rdzeniu kanału jest jeszcze niedogrzany do temperatury nasycenia. Z przypadkami takimi spotykamy się często w kanałach typowych wymienników ciepła, kiedy to dopływająca ciecz posiada temperaturę niższą od temperatury nasycenia Ts (ciecz przechłodzona) podczas gdy temperatura ścianki kanału jest wyższa od Ts [7,15,17]. Proces wrzenia przechłodzonego rozpoczyna się wtedy gdy zarodki wrzenia przy ściance kanału uzyskają odpowiednio duże przegrzanie. Sytuację taką pokazano na rysunku 1. W pracy przedstawiono model teoretyczny przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego podczas przepływu w kanale rurowym czynników chłodniczych, pozwalający na określenie wielkości współczynnika przejmowania ciepła i oporów przepływu. Istotną jego cechą jest uwzględnienie składowych gęstości strumienia ciepła w podwarstwie przyściennej wynikających z procesu przewodzenia, oddziaływania upustów ciepła, efektu turbulizacyjnego i przechłodzenia cieczy. Prezentowany model może być wykorzystywany również w zakresie rozwiniętego wrzenia pęcherzykowego i nosi znamiona uogólnionego modelu a wyniki obliczeń zweryfikowano eksperymentalnie dla czynników chłodniczych R134a, R404A, R12 i R22. W zakresie wymiany ciepła uzyskano zadawalającą zgodność obliczeń z eksperymentem w przedziale 20% a w zakresie oporów przepływu 15%. Potwierdzono aplikacyjną przydatność prezentowanego przez autora modelowania przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego w przepływie W pracy przedstawiono model teoretyczny przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego podczas przepływu w kanale rurowym czynników chłodniczych, pozwalający na określenie wielkości współczynnika przejmowania ciepła i oporów przepływu. Istotną jego cechą jest uwzględnienie składowych gęstości strumienia ciepła w podwarstwie przyściennej wynikających z procesu przewodzenia, oddziaływania upustów ciepła, efektu turbulizacyjnego i przechłodzenia cieczy. Prezentowany model może być wykorzystywany również w zakresie rozwiniętego wrzenia pęcherzykowego i nosi znamiona uogólnionego modelu a wyniki obliczeń zweryfikowano eksperymentalnie dla czynników chłodniczych R134a, R404A, R12 i R22. W zakresie wymiany ciepła uzyskano zadawalającą zgodność obliczeń z eksperymentem w przedziale 20% a w zakresie oporów przepływu 15%. Potwierdzono aplikacyjną przydatność prezentowanego przez autora modelowania przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego w przepływie.

EN

The process of bubble boiling is of great significance in refrigeration industry. Among other applications, the boiling mechanism is utilised to obtain low temperatures in heat exchangers. Boiling refrigerants consume heat, decreasing the temperature of the heat exchanger walls, then decreasing the ambience temperature. Compared to single-phase forced convection, the intensity of heat transfer during boiling is considerably larger. This enables the reduction, for example in size and weigh, of the heat exchangers. Design of high performance heat exchangers - technically and economically optimal - requires accurate and experimentally validated computational procedures for the description of boiling. Therefore, further theoretical and experimental investigations are in demand to increase our understanding of the boiling process in refrigeration evaporators [1,11,13,22]. This refers in particular to new environment-friendly refrigerants that supersede old halogen-derivative media (freons). Prompted by both fundamental and applicative aspects, the author undertook a theoretical analysis and experimental investigations of boiling in flows, extending on halogen-derivative media and their ecological substitutes. The present paper is devoted to general methods of modelling the process of subcooled and saturated bubble boiling in flows of refrigeration media. A theoretical model of bubble boiling during the flow of refrigeration media in a tubular channel has been presented. The model enables the determination of the heat transfer coefficient and flow resistance. An essential feature of the model is that it accounts for components of the heat flux density in the boundary sublayer due to convection, interaction of heat sinks and turbulence effects. The presented model is considered to possess a general meaning; computational results have been experimentally validated for five refrigerating media: R134a, R404A, R507, R12, R21 and R22. It is assumed in the proposed model, as in accordance with the Prandtl-Taylor theory, that two regions can be distinguished in the channel flow: laminar boundary sublayer and turbulent core. For a fully developed turbulent flow in the channel, it is the laminar boundary sublayer where the most essential changes of the liquid temperature and velocity take place. Therefore, the effects in the laminar boundary sublayer are decisive for the heat and momentum transfer. Consequently, for a given cross-section of the channel, a constant value of temperature and velocity in the core flow can be assumed. The temperature profile in the thermal boundary sublayer during convective heat transfer can be considered linear as the heat transfer is due to conduction. On the other hand, during flow boiling the emerging vapour bubbles intensify heat and momentum transfer, and as a result, the temperature profile is nonlinear and the thickness of the laminar boundary sublayer is reduced. However, the velocity profile in the laminar boundary sublayer can still be assumed linear, with zero at the wall. Bearing in mind all the above, further considerations will be restricted to the laminar boundary layer, and the processes taking place there.

Słowa kluczowe

PL

wrzenie pęcherzykowe; czynniki chłodzące; modelowanie przechładzania; kanał rurowy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2002
• Tom: Tom 4
• Strony: 241--269
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Bohdal T.

• Politechnika Koszalińska