Numerical analyses have been performed to obtain the absorption heat and mass transfer coefficients and the absorption mass flux from a falling film of LiBr solution. In the present study, the behavior of laminar-wavy falling film in the vertical absorber was studied analytically and experimentally. The change of absorption performance on mean film thickness, wave amplitude, wave celerity was analysed. The heat and mass transfer equations are solved simultaneously to give the temperature and concentration variations at the LiBr solution/refrigeration vapor interface and at the wall. Effects of uniform film, wavy film and film Reynolds number on the heat and mass transfer coefficients have been estimated. The analytical results of the uniform and wavy falling film in the bare tube was higher than experimental result for $Rd_{t}<100$. The absorption performance showed the maximum at the wavy film by the insert device(spring).
In the present study, the improvement of absorption characteristics on combined heat and mass transfer process in a falling film of a vertical absorber by change of geometric parameters were studied experimentally and analytically. The energy and diffusion equations are solved simultaneously to give the temperature and concentration variations at the liquid solution-refrigerant vapor interface and at the wall. Absorption behaviors of heat and mass transfer were analyzed through falling film of the LiBr aqueous solution contacted by refrigerant vapor in the absorber. Effects of film Reynolds number, geometric parameters by insert device (spring) and flow pattern on heat and mass transfer performances have been also investigated. Especially, effects of the flow pattern by geometric parameters have been considered to observe the total heat and mass transfer rates through falling film along the absorber. As a numerical and experimental result, maximum absorption rate was shown at the wave-flow by insert device (spring). The error ranges between experiment and analysis were from 5.8 to 12% at Re$_{f}$ > 100.0.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제13권3호
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pp.158-166
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2005
The present study investigated experimentally and numerically the enhancement of absorption performance due to the waviness of falling film in the vertical absorber tube. The momentum, energy and mass diffusion equations were utilized to find out temperature and concentration profiles at both the interfaces of liquid solution and refrigerant vapor and the wall. Flow visualization was performed to find out the wetting characteristics of the falling film. The maximum heat transfer coefficient was obtained for the wavy flow using spring as an insert device through both numerical and experimental studies. Based on the numerical and experimental results, the maximum absorption rate was found for the wavy-flow using spring as the insert device. The differences between experimental and analytical results ranged from $5.0\;to\;25\%\;when\;Re_j>100$.
암모니아 흡수식 열펌프의 falling film type 흡수기에 대한 수학적 모델링 및 수치모사 연구를 수행하였다. 기존의 수학적 모델에 열역학적 물성을 온도의 함수로 적용하여 수치모사를 수행하였고 이로부터 얻은 결과를 실험결과와 비교함으로써 모델의 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그리고 개발된 모델을 이용하여 냉각수의 유량과 온도가 흡수기내에서 일어나는 열 및 물질전달에 미치는 영향을 평가하였다. 수치모사 결과로부터 냉각수 온도가 낮을수록 유량이 증가할수록 열 및 물질전달 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다.
Film absorption involves simultaneous heat and mass transfer in the gas-liquid system. While the non-absorbable gas does not participate directly In the absorption process. its pretence does affect the overall heat and mass transfer. An experimental study was performed to investigate the heat and mass transfer characteristics of LiBr-H$_2$O solution flow ing over 6-row horizontal tubes with the water vapor absorption in the pretence of non-absorbable gases. The volumetric concentration of non-absorbable gas, air, was varied from 0.17 to 10.0%. The combined effects of the solution flow rate and its concentration on the heat and mass transfer coefficients were also examined. The presence of 2% volumetric concentration of air resulted in a 25% reduction in the Nusselt number and 41% reduction in the Sherwood number Optimum film Reynolds number was found to exist at which the heat and mass transfer reach their maximum value independent of air contents. Reduced Nusselt and Sherwood numbers. defined as the ratio of Nusselt and Sherwood numbers at given non-absorbable gas content to that with pure water vapor, were correlated to account for the reduction in the heat and mass transfer due to non-absorbable gases in a falling film absorption process.
Falling film absorption process is an important problem in application such as absorption chillers. The presence of waves on the film affects the absorption process significantly. In the present study the characteristics of heat and mass transfer in laminar-wavy falling film were studied numerically. The wavy flow behavior was incorporated in the energy and diffusion equation. The numerical solution indicated that the interfacial wave increased the transfer rates remarkably. Interfacial shear stress and wave frequency seemed to be the dominant factors on the film Nusselt number and Sherwood number in the wavy film. A comparison of the transfer rates of the wavy film to that of the smooth film showed that the mass transfer rate could be increased by more than 50%.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제14권2호
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pp.41-48
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2006
Absorption performance at the vertical interface between refrigerant vapor and liquid solution of $LiBr-H_{2}O$ solution was enhanced by the waves formed due to the interfacial shear stress. The present study investigated experimentally and analytically the improvements of absorption performance in a falling film by wavy film flow. The dynamic parameter was the film Reynolds numbers ranged from 50 to 150. The energy and diffusion equations were solved simultaneously to find the temperature and concentration profiles at the interface of liquid solution and refrigerant vapor. Absorption characteristics due to heat and mass transfer were analyzed for the falling film of the LiBr aqueous solution contacted by refrigerant vapor in the absorber. Absorption performance showed a peak value at the solution flow rate of $Re_{f}>100$. Absorption performance for the wavy film flow was found to be greater by approximately 10% than that for uniform film flow. Based on numerical and experimental results, the maximum absorption rate was obtained for the wavy flow caused by spring insert. The difference between the measured and the predicted results were ranged from 5.8 to 12%.
Numerical analyses have been performed to obtain the absorption heat and mass transfer coefficients and the absorption mass flux from a falling film of the LiBr aqueous solution which is cooled by cooling air. Heat flux at the wall is specified in terms of the heat transfer coefficient of cooling air and the cooling air temperature. Effects of operating conditions, such as the heat transfer coefficient, the cooling air temperature, the system pressure and the solution inlet concentration have been investigated in view of the local absorption mass flux and the total mass transfer rate. Effects of film thickness and film Reynolds number on the heat and mass transfer coefficients have been also estimated. Analyses for the constant wall temperature condition have been also carried out to examine the reliability of present numerical method by comparing with previous investigations.
Film absorption involves simultaneous heat and mass transfer in the vapor-liquid system. In the present work, the absorption process of water vapor by an aqueous soluton of LiBr flowing inside of the vertical tube was investigated. The continuity, momentum, energy and diffusion equations for the solution film and vapor were formulated in integral forms and solved numerically. The model could predict the film thickness, the pressure gradient, and the heat and mass transfer rate. Particularly the effects of vapor flow conditions on the absorption process were investigated in terms of the vapor Reynolds number. As the vapor Reynolds number increased, the shear stress at the vapor-solution interface also increased. Consequently solution film became thinner at higher vapor flowrate under the co-currentflow condition. Thinner film was capable of higher heat transfer to the wall and leaded to higher absorption rate of the water vapor into the solution film.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권5호
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pp.597-607
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2006
This paper presents a numerical simulation of the behavior of the LiBr solution droplets and falling films in horizontal tube banks of absorber. The model developed here accounts for the details of the droplets formation and impact process for absorption on horizontal tubes including the heat transfer from solution film to the tube wall. Especially. the characteristic of unsteady behavior of solution flow has been investigated. Flow visualization studies shown that the solution droplets and falling films have some of the complex characteristics. It is found that. with the numerical conditions similar to the operating condition of an actual absorption chiller/heater, the outlet solution temperature and heat flux from solution film to the tube wall have a stable periodic behavior with time. The solution droplets and falling films in horizontal tube banks of absorber is a periodic unsteady flow. The results from this model are compared with previous experimental observation taken with a high-speed digital video camera and shown good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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