ارايه رابطه تجربي جديد و به‌ دست آوردن نقشه الگوي جريان براي لوله هاي ديمپل در جريان دوفازي براي مبرد ايزوبوتان

Discovering an empirically new relation and obtaining the flow pattern map for dimpled tubes in two-phase flow for refrigerant R600-a

در مقاله حاضر، نقشه الگوي جريان در طي فاز جوشش و چگالش جابجاي اجباري هيدروكربن R600-a داخل لوله افقي صاف و ديمپل با استفاده از سيكل طراحي شده براي جريان دوفازي، مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. بر اساس داده‌هاي تجربي كه از اين آزمايشات به‌دست آمده، برازش نتايج تجربي و كمك گرفتن از نرم‌افزار متلب رابطه تجربي بيان مي‌گردد كه بتواند نقشه الگوي جريان را براي اين مبرد با دقت مناسب نشان دهد. اين سيكل متشكل از يك پمپ، دو پيش گرمكن، دو بخش آزمون، دو چگالنده، جريان سنج و برگردان جريان است. تبخير كننده آزمايش در اين مطالعه، يك لوله مسي به قطر داخلي 8/7 ميلي متر و طول 1200 ميلي متر مي‌باشد كه گرماي مورد نياز براي تبخير سيال، به‌وسيله المنت‌ حرارتي كه به دور آن پيچيده شده است، تأمين مي‌شود. اين لوله به‌صورت دو مدل ديمپل دار و صاف طراحي گرديده است تا تاثير قرار گيري ديمپل‌ها نيز در سطح داخلي لوله‌ها مورد ارزيابي قرار گيرد. آزمون در دبي جرمي 155 تا 470 kg/m^2 s و كيفيت بخار 0/05 تا 0/78 انجام شد. در طول آزمايش، الگوهاي جريان حلقوي، منقطع (تناوبي) و جدا شده‌ي موجي براي لوله‌ي صاف مشاهده شد و اين در حالي است كه براي لوله‌ي ديمپل تنها الگوهاي منقطع و حلقوي قابل مشاهده بودند و الگوي جريان جدا شده‌ي موجي مشاهده نگرديد. مشاهدات نشان دادند كه ناحيه‌ي گذار از الگوي جريان منقطع به حلقوي در لوله‌ي ديمپل در كيفيت بخار كمتري رخ مي‌دهد كه اين امر موجب افزايش ضريب انتقال حرارت نيز مي‌شود.

In present work, heat transfer and flow pattern map of dimpled and horizontal tubes were studied during phases of boiling and condensation of mandatory convection of hydrocarbon R600-a. Empirical relationship will be expressed based on empirical data obtained by such experiments and the experimental results will be fit with Matlab software to show flow pattern map for such refrigerant with proper accuracy. The cycle consists of a pump, two preheaters, two testing parts, two condensers, flow meter and reversing valve. In this study, experimental evaporator is a copper tube with internal diameter of 8.7 mm and length of 1200 mm. The heat required for fluid evaporation is supplied by a thermal element twisted around it. Such tube has been designed in the form of dimpled and straight models to evaluate the effect of placement of dimples inside tubes. The test was conducted by refrigerant mass flow between 155 and 470 kg/m2s and vapor quality between 0.05 and 0.78. Moreover, flow patterns and their transitions for refrigerant R-600a during flow boiling inside a helically dimpled tube and a smooth tube were visually observed and analyzed. Annular, intermittent, and stratified-wavy flow were recognized for plain tube whereas there was no stratified-wavy flow in flow pattern visualization of dimpled tube. Investigation clearly shows that the dimples in evaporation significantly impact the two phase flow pattern. Inside the helically dimpled tube the intermittent/annular transitions occur at lower vapor quality value than for the smooth tube.