Flow boiling heat transfer in small-diameter round tubes has been experimentally studied. The experimental apparatus consisted mainly of refrigerant pump, condenser, receiver, test section of a 1.67 mm inner-diameter round tube and pre-heater for control of refrigerant quality at the inlet of test section. To investigate the effect of bubble nucleation site characteristics of different tube materials, three different tubes of copper, aluminum and brass were used. The ranges of the major experimental parameters were 5∼30 ㎾/$m^2$ of the wall heat flux, 0.0∼0.9 of the inlet vapor quality and the refrigerant mass flux was fixed at 600 kg/$m^2$s. The experimental results showed that the flow boiling heat transfer coefficients in small tubes were affected only by heat flux, but independent of mass flux and vapor quality. The effect of tube material on flow boiling heat transfer was observed small.
Because of the ozone layer depletion and global warming, new alternative refrigerants are being developed. In this study, evaporation heat transfer characteristics of carbon dioxide flowing upward in a vertical tube have been investigated by experiment. Before the test section, a pre-heater is installed to adjust the inlet quality of the refrigerant to a desired value. A smooth tube with outer diameter of 5 mm and length of 1.44 m was selected as a test tube. The test was conducted at mass fluxes of 212 to 530 kg/$m^2s$, saturation temperature of -5 to 20$^{\circ}C$, and heat fluxes of 20 to 45 kW/$m^2$. As the vapor quality and mass fluxes increase, the heat transfer coefficients of carbon dioxide are decreased, and the heat transfer coefficients increase when the heat fluxes and saturation temperatures increase.
Kim, Hwan-Yeol;Kim, Hyung-Rae;Kang, Deog-Ji;Song, Jin-Ho;Bae, Yoon-Yeong
Nuclear Engineering and Technology
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제40권2호
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pp.155-162
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2008
Heat transfer experiments in an annulus passage were performed using SPHINX(Supercritical Pressure Heat Transfer Investigation for NeXt Generation), which was constructed at KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute), to investigate the heat transfer behaviors of supercritical $CO_{2}$. $CO_{2}$ was selected as the working fluid to utilize its low critical pressure and temperature when compared with water. The mass flux was in the range of 400 to 1200 $kg/m^{2}s$ and the heat flux was chosen at rates up to 150 $kW/m^{2}$. The selected pressures were 7.75 and 8.12 MPa. At lower mass fluxes, heat transfer deterioration occurs if the heat flux increases beyond a certain value. Comparison with the tube test results showed that the degree of heat transfer deterioration in the heat flux was smaller than that in the tube. In addition, the Nusselt number correlation for a normal heat transfer mode is presented.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권2호
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pp.145-151
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2007
The evaporation heat transfer coefficient of $CO_2$(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The main components or the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and evaporator(test section). The test section consists of a smooth, horizontal stainless steel tube of inner diameter of 4.57 mm. The experiments were conducted at mass flux of 200 to $500\;kg/m^2s$, saturation temperature of -5 to $5^{\circ}C$, and heat flux of 10 to $40\;kW/m^2$. The test results showed the heat transfer of $CO_2$ has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of $CO_2$ does not effect nucleate boiling too much. In comparison with test results and existing correlations, the best fit of the present experimental data is obtained with the correlation of Jung et al. But existing correlations failed to predict the evaporation heat transfer coefficient of $CO_2$, therefore, it is necessary to develope reliable and accurate predictions determining the evaporation heat transfer coefficient of $CO_2$ in a horizontal tube.
Characteristics of R-22 and R-134a two-phase vaporization in horizontal small tubes were investigated experimentally. In order to obtain the local heat transfer coefficients, the test was ran under heat flux range of 10 to $40\;kW/m^2$, mass flux range of 200 to $600\;kg/m^2s$, saturation temperature range of 5 to $10^{\circ}C$, and quality up to 1.0. The test section, which was made of stainless steel tube and heated uniformly by applying an electric current to the tube directly, have inner tube diameters of 0.5, 1.5 and 3.0 mm, and lengths of 0.33 and 2.0 m. The effects on heat transfer coefficient of mass flux, heat flux and inner tube diameter were presented. The experimental heat transfer coefficients were compared with the predictions using existing heat transfer coefficient correlations. A new boiling heat transfer coefficient correlation based on the superposition model, with considering the laminar flow, was developed.
Because of the ozone layer depletion and global warming, new alternative refrigerants are being developed. In this study, evaporation heat transfer characteristics of carbon dioxide flowing upward in a vertical micro-fin tube have been investigated by experiment. Before a test section, a pre-heater is installed to adjust the inlet quality of the refrigerant to a desired value. The micro-fin tube with outer diameter of 5 mm and length of 1.44 m was selected as the test section. The test was conducted at mass fluxes of 318 to $530\;kg/m^2s$, saturation temperature of -5 to $5^{\circ}C$, and heat fluxes of 15 to $30\;kW/m^2$. As the vapor quality increases, the heat transfer coefficients of carbon dioxide are increased, and the heat transfer coefficients increase when the heat fluxes and saturation temperatures increase, and there was not much of influence of mass flux on the heat transfer coefficients.
Phase change materials (PCM) are able to store a large amount of latent heat, and can be applied to thermal energy storage systems. In a PCM, it takes a long time to store heat in the storage system because of the low thermal conductivity. In this study, a finned-tube-in-tank heat exchanger was applied to a PCM thermal energy storage system to increase heat transfer efficiency. The effects of geometric and operating parameters were investigated, and the results were compared with those of the tube-in-tank heat exchanger. The finned-tube-in-tank heat exchanger showed higher heat transfer effectiveness than the tube-in-tank heat exchanger. The heat exchange effectiveness of the storage tank was determined as a function of the average NTU.
Enhanced tubes are widely used in air-conditioning and process industries. Structural tubes having three-dimensional roughness are well known to be able to significantly enhance pool boiling heat transfer of refrigerants. In this study, five structural enhanced tubes having different fin density, fin height, and fin gap width were tested using R-134a. Results showed that the heat transfer coefficient was increased with increased fin density. Within test range, the effect of fin height on pool boiling heat transfer coefficient was insignificant. The heat transfer coefficients of the optimum configuration (2047 fpm, 0.21 mm gap width) tube were lower than those of other commercial enhanced tubes. This might be due to the larger fin gap width of the present enhanced tube.
Condensation heat transfer experiments for R-22 and R-407C refrigerants mixed with mineral oil and POE oil respectively were performed in straight and U-bend sections of a microfin tube. Experimental parameters were an oil concentration from 0 to 5%, a mass flux from 100 to $400 kg/m^2s$ and an inlet quality from 0.5 to 0.9. The enhancement factors for R-22 and R-407C refrigerants at the first straight section decreased continuously as the oil concentration increased. They decreased rapidly as the mass flux decreased and inlet quality increased. The heat transfer coefficients in the U-bend were the maximum at the $90^{\circ}$ position. The heat transfer coefficients at the second straight section within the dimensionless length of 48 were larger by a maximum of 33% than the average heat transfer coefficients at the first straight section.
We compared the heat transfer characteristics of the parallel and the counterflow flow in the concentric double tube of the Al2O3/water nanofluids using numerical methods. The high- and low-temperature fluids flow through the inner circular tube and the annular tube, respectively. The heat transfer characteristics according to the flow direction were compared by changing the volume flow rate and the volume concentration of the nanoparticles. The results showed that the heat transfer rate and overall heat transfer coefficient improved compared to those of basic fluid with increasing the volume and flow rate of nanoparticles. When the inflow rate was small, the heat transfer performance of the counterflow was about 22% better than the parallel flow. As the inflow rate was increased, the parallel flow and the counterflow had similar heat transfer rates. In addition, the effectiveness of the counterflow increased from 10% to 22% rather than the parallel flow. However, we verified that the increment in the friction factor of the counterflow is not large compared to the increment in the heat transfer rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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