مطالعه تجربی اثر افت فشار و انتقال حرارت چگالشی مبرد R-406a در لوله‌های مجهز به پره‌های دورپیچ در گام‌ها و طول‌های مختلف

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

4 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مبرد R-134a مطابق با پروتکل مونترال، به عنوان جایگزینی بالقوه برای مبرد R12 پیشنهاد شده و مطابق با پروتکل کیوتو، استفاده از R-134a، که پتانسیل گرمایش جهانی قابل توجهی دارد، می­بایست کاهش یابد. با بررسی تحقیقات انجام شده مبردی که بتواند چالش­های پتانسیل تخریب لایه ازن ODP و پتانسیل گرمایش جهانیGWP  را با هم برطرف کند ارائه نگردیده است. در مطالعه تجربی حاضر، مبرد ترکیبی سازگار با محیط زیست و با حداقل مقادیر ODP  و GWP که از نظر عملکرد تقریباً مشابه R12 میباشد، مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش­های انجام شده روی مبرد ترکیبی R-406a نشان می­دهد که می­تواند جایگزین مناسبی با توجه به مقادیر بسیار پایین ODP و GWP، برای مبرد R12 می­باشد. در این مطالعه، افت فشار ناشی از اثر پیچش در چگالش بخار R-406a در مبدل­های افقی با سیکل تبرید تراکمی و همچنین تغییرات ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. در آزمایش­های انجام شده پارامترهایی مانند جریان جرمی، دما و فشار برای مبرد R-406a و آب در قسمت ورودی و خروجی کندانسورها اندازه­گیری شده است. با بررسی نتایج حاصله برای لوله‏های دارای دور پیچی مشخص گردید که با کاهش گام، انتقال حرارت و نیز افت فشار افزایش می‏یابد. استفاده از دور­پیچ ضریب انتقال حرارت متوسط و افت فشار را به­ترتیب تا حدود 47% و 220% نسبت به لوله صاف افزایش می‏دهد. در نهایت با استفاده از نتایج حاصل برای مبدل­های با دورپیچ و بر اساس روابطی که به بهترین حالت با نتایج تجربی مربوط به افت فشار مطابقت داشته باشد، رابطه جدیدی برای افت فشار در مبدل با دورپیچ ارائه گردید. مقادیر محاسبه شده توسط این رابطه در محدوده تقریباً 15 درصد مقادیر تجربی می­باشد.

تازه های تحقیق

  • به‌کارگیری مدل‌های مختلف TESF در مبدل حرارتی با مبرد R-406aبه‌صورت تجربی با پره‌های پیچشی اطراف لوله در چند حالت
  • مبرد ترکیبی R-406a جایگزین مناسبی برای سیستم‌های با مبرد R12 می‌باشد.
  • افزایش ضریب انتقال حرارت و افت فشار با افزایش دبی جرمی و کیفیت بخار مبرد

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the Pressure Drop and Condensed Heat Transfer of R-406a Refrigerant in Tubes Equipped with Extended Surface of Twisted Fins in Different Steps and Lengths

نویسندگان [English]

  • Ali Yousefi Tireh Shabankare 1
  • Seyed Ali Agha Mirjalily 2
  • Seyed Amir Abbas Oloomi 3
  • Mohammad Reza Salimpour 4
1 Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd. Iran
2 Corresponding author: Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd. Iran
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd. Iran
4 Department of mechanical engineering, Isfahan University of Tech
چکیده [English]

Having been developed in accordance with the Montreal Protocol, R134a has been proposed as a potential replacement for R12. In accordance with the Kyoto Protocol, the use of R134a, which has a significant global warming potential, must be restricted. It has been stated that there is no one refrigerant or combination available that can address both the ozone depletion potential (ODP) and the global warming potential (GWP) concerns at the same time. According to the research, the goal of this effort was to produce an environmentally friendly refrigerant combination with minimal ODP and GWP values that perform virtually identically to R12 in terms of performance. With extremely low ODP and GWP values, R406a has the potential to be a useful refrigerant. Experimental investigations conducted on R406a refrigerant have shown that it may be a viable replacement for R12. In this research, the pressure drop created by the torsion in the steam condensation of R-406a inside the horizontal tubes and also changes in the heat transfer coefficient are investigated experimentally. In each experiment, parameters such as mass flow, refrigerant temperature and pressure, and water at the inlet and outlet of the condensers were measured. Examination of the results for annular and torsional fins pipes, it was determined that heat transfer and pressure drop increase with the reduction of the pitch. The use of spirals increases the average heat transfer coefficient and pressure drop by about 47% and 220%, respectively, compared to the pipe without fins. Finally, using the results from the twisted tubes and based on the relationships that best match the experimental results related to the pressure drop, a new relationship for the pressure drop in the twisted tubes was obtained. The values calculated by it are in the range of approximately 15% of the experimental values.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pressure Drop
  • R-406a
  • Twisted Extended Fin Structure
  • ODP
  • GWP

Smiley face

مراجع

[1] Secretariat UNEPO. Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer as Either Adjusted And/or Amended in London 1990, Copenhagen 1992, Vienna 1995, Montreal 1997, Beijing 1999: Incumbent; 2000.##
[2] Kumar KS, Rajagopal K. Computational and experimental investigation of low ODP and low GWP HCFC-123 and HC-290 refrigerant mixture alternate to CFC-12. Energy Conversion and Management. 2007;48(12):3053-62.##
[3] Andersen S. The Implications to the Montreal Protocol of the Inclusion of HFCs and PFCs in the Kyoto Protocol. Report of the TEAP HFC and PFC Task Force; UNEP; Nairobi, Kenya. 1999.##
[4] Jung D, Kim C-B, Cho S, Song K. Condensation heat transfer coefficients of enhanced tubes with alternative refrigerants for CFC11 and CFC12. International Journal of Refrigeration. 1999;22(7):548-57.##
[5] Garimella S, editor Novel Energy Efficient and Environmentally Friendly Space-Conditioning Systems: Challenges and Opportunities. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition; 2001: American Society of Mechanical Engineers.##
[6] Calm JM, Didion DA. Trade-offs in refrigerant selections: past, present, and future. International Journal of Refrigeration. 1998;21(4):308-21.##
[7] Calm JM, Hourahan GC. Refrigerant Data Summary. Engineered systems. 2001;18(11):74-7.##
[8] Devotta S, Padalkar A, Sane N. Performance assessment of HC-290 as a drop-in substitute to HCFC-22 in a window air conditioner. International Journal of Refrigeration. 2005;28(4):594-604.##
[9] Shah RK, Sekulic DP. Fundamentals of heat exchanger design: John Wiley & Sons; 2003.##
[10] Nagarani N, Mayilsamy K, Murugesan A, Kumar GS. Review of utilization of extended surfaces in heat transfer problems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;29:604-13.##
[11] Chiou J. Experimental investigation of the augmentation of forced convection heat transfer in a circular tube using spiral spring inserts. 1987.##
[12] Tsai S, Sheu TW, Lee S. Heat transfer in a conjugate heat exchanger with a wavy fin surface. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1999;42(10):1735-45.##
[13] Liao Q, Xin M. Augmentation of convective heat transfer inside tubes with three-dimensional internal extended surfaces and twisted-tape inserts. Chemical Engineering Journal. 2000;78(2-3):95-105.##
[14] Salimpour MR, Gholami H. Effect of inserting coiled wires on pressure drop of R-404A condensation. International journal of refrigeration. 2014;40:24-30.##
[15] Akhavan-Behabadi M, Kumar R, Mohammadpour A, Jamali-Asthiani M. Effect of twisted tape insert on heat transfer and pressure drop in horizontal evaporators for the flow of R-134a. International Journal of Refrigeration. 2009;32(5):922-30.##
[16] Mozaffari J, Mirjalily SAA, Ahrar AJ. Experimental investigation of enhancing influence of Al2O3 nanoparticles on the convective heat transfer in a tube equipped with twisted tape inserts. Thermal Science. 2021;25(1 Part B):541-51.##
[17] Fathian F, Mirjalily SAA, Salimpour MR, Oloomi SAA, Experimental investigation of convective heat transfer of single and multi-walled carbon nanotubes/water flow inside helical annuli, Journal of Enhanced Heat Transfer. 2020;27(3).##
[18] Asadikia A, Mirjalily SAA, Nasirizadeh N, Kargarsharifabad H. Hybrid nanofluid based on CuO nanoparticles and singlewalled Carbon nanotubes: Optimization, thermal, and electrical properties. International Journal of Nano Dimension. 2020;11(3):277-89.##
[19] Yousefi Tireh Shabankare A, Mirjalily SAA, Oloomi SAA, Salimpour MR. Evaluation of flow and heat transfer in the condensation of R-406a vapor in circular tubes with extended surface of twisted fins. Chemical Engineering Communications. 2021:1-13.##
[20] Goble GH, Dahn C, Hardaway B, Miller R. Some Safety Studies of a Ternary Refrigerant. 1994.##
[21] Schultz RR. Uncertainty analysis in boiling nucleation. 1979.##
[22] Boyko L, Kruzhilin G. Heat transfer and hydraulic resistance during condensation of steam in a horizontal tube and in a bundle of tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1967;10(3):361-73.##
[23] Akhavan-Behabadi M, Salimpoor M, Kumar R, Agrawal K. Augmentation of forced convection condensation heat transfer inside a horizontal tube using spiral spring inserts. Journal of Enhanced Heat Transfer. 2005;12(4).##
[24] Royal J, Bergles A. Augmentation of horizontal in-tube condensation by means of twisted-tape inserts and internally finned tubes. 1978.##
[25] GVC V. Verein Deutscher Ingenieure VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC), 2006. VDI-Wärmeatlas. 10.##
[26] Chisholm D. Pressure gradients due to friction during the flow of evaporating two-phase mixtures in smooth tubes and channels. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1973;16(2):347-58.##
مکانیک هوافضا
دوره 19، شماره 1 - شماره پیاپی 71
شماره پیاپی 71، فصلنامه بهار
خرداد 1402
صفحه 93-106

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری: 14 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 01 آبان 1401
  • تاریخ انتشار: 20 فروردین 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار