The two-phase closed thermosyphon is a heat transfer device capable of transfer large quantities of heat from a source to a sink by taking advantage of the high heat transfer rates associated with the evaporation and condensation of a working fluid within the device. A study was carried out with the performance of the heat transfer of the thermosyphon having 50, 60, 70, 80, 90 internal micro grooves in which boiling and condensation occur. A plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphon is also tested for comparison. Water, methanol and ethanol have been used as the working fluids. The liquid filling as the ratio of working fluid volume to total volume of thermosyphon, the inclination angle, micro grooves and operating temperature have been used as the experimental parameters. The heat flux and the boiling and the condensation heat transfer coefficient and overall heat transfer coefficient at the condenser and evaporator zone are estimated from the experimental results. The experimental results have been assessed and compared with existing correlations. Imura's and Kusuda's correlation for boiling showed in good agreement with experimental results within ${\pm}20$% in plain thermosyphon. The maximum heat transfer rate was obtained when the liquid fill ratio was about 25%. The high heat transfer coefficient was found between 25o and 30o of inclination angle for water and between 20o and 25o for methanol and ethanol. The relatively high rates of heat transfer have been achieved in the thermosyphon with internal micro grooves. The micro grooved thermosyphon having 60 grooves shows the best heat transfer coefficient in both condensation and boiling. The maximum enhancement (i.e. the ratio of the heat transfer coefficients of the micro grooved thermosyphon to plain thermosyphon) is 2.5 for condensation and 2.3 for boiling.
This study concerns the performance of condensation heat transfer in plain and grooved thermosyphons. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluids. In the present work, a copper tube of the length of 1200mm and 14.28mm of inside diameter is used as the container of the thermosyphon. Each of the evaporator and the condenser section has a length of 550mm, while the remaining part of the thermosyphon tube is adiabatic section. A study was carried out with the characteristics of heat transfer of the thermosyphon 50, 60, 70, 80, 90 helical grooves in which boiling and condensation occur. The liquid filling as the ratio of working fluid volume to total volume of thermosyphon, the kinds of working fluid, the inclination angle, grooves and operating temperature have been used as the experimental parameters. The experimental results show that the number of grooves, the amount of the working fluid, the kind of working fluid, angle of inclination angle are very important factors for the operation of thermosyphon. The maximum heat transfer was obtained when the liquid fill was about 20 to 25 % of the thermosyphon volume. The relatively high rates of heat transfer have been achieved in the thermosyphon with grooves. The helical grooved thermosyphon having 70 to 80 grooves in water, 60 to 70 grooves in methanol and 70 to 80 grooves in ethanol shows the best heat transfer coefficient in both condensation.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제10권4호
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pp.184-191
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2002
This study concerns the performance of the condensing heat transfer performance of two-phase closed thermosyphons with plain copper tube and tubes having 50, 60, 70, 80, 90 internal micro grooves. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluid. The numbers of grooves and operating temperature have been investigated as the experimental parameters. Condensing heat transfer coefficients and heat flux are obtained from experimental data for each case of specific parameter. The experimental results are assessed and compared with existing correlations. The results show that working fluids, numbers of grooves are very important factors for the operation of thermosyphons. The working fluid with high latent heat such as water has a good heat transfer rate compared to methanol and ethanol. The relatively high rate of heat transfer is achieved when the thermosyphon with internal micro grooves is used compared to that with plain tube. Condensing heat transfer coefficient of grooved thermosyphon is 1.5∼2 times higher in methanol and 1.3∼l.5 times higher in ethanol compared to plain tube. The best condensation heat transfer performance is obtained for 60 grooves, and the maximum value of this case is 2.5 times higher than that of the plain tube.
The study focuses on the heat transfer performance of two-phase closed thermosyphons with plain copper tube and tubes having 50, 60, 70, 80, 90 internal grooves. Three different working fluids(distilled water, methanol, ethanol) are used with various volumetric liquid fill charge ratio from 10 to 40%. Additional experimental parameters such as operating temperature and inclination angle of zero to 90 degrees are used for the comparison of heat transfer performance of the thermosyphon. Condensation and boiling heat transfer coefficients, heat flux are obtained using experimental data for each case of specific parameter. The experimental results are assessed and compared with existing correlations. The results show that working fluids, liquid fill charge ratio, number of grooves and inclination angle are very important factors for the operation of thermosyphons. The relatively high rate of heat transfer is achieved when the thermosyphon with internal grooves is used compared to that with plain tube. The optimum liquid fill charge ratio for the best heat transfer performance lies between 25% and 30%. The range of the optimum inclination angle for this study is 20$^{\circ}$~30$^{\circ}$ from the horizontal position.
This study concerns the performance of condensing heat transfer in two-phase closed thermosyphons with various helical grooves. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluid. In the present work, a copper tube of the length of 1200mm and 14.28mm of inside diameter is used as the container of the thermosyphon. Each of the evaporator and the condenser section has a length of 550mm, while the remaining part of the thermosyphon tube is adiabatic section. A experimental study was carried out for analyzing the performances of having 50, 60, 70, 80, 90 helical grooves. A plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphons is also tested for the comparison. The type of working fluid and the numbers of grooves of the thermosyphons with various helical grooves have been used as the experimental parameters. The experimental results have been assessed and compared with existing theories. The results show that the type of working fluids are very important factors for the operation of thermosyphons. And the maximum enhancement (i.e. the ratio of the heat transfer coefficients the helical thermosyphons to plain thermosyphons) is $1.5{\sim}2$ for condensation.
This study concerns the performance of condensing heat transfer in two-phase closed thermosyphons with various helical grooves. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluid. In the present work, a copper tube of the length of 1200mm and 14.28mm of inside diameter is used as the container of the thermosyphon. Each of the evaporator and the condenser section has a length of 550mm, while the remaining part of the thermosyphon tube is adiabatic section. A experimental study was carried out for analyzing the performances of having 50, 60, 70, 80, 90 helical grooves. A plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphons is also tested for the comparison. The type of working fluid and the numbers of grooves of the thermosyphons with various helical grooves have been used as the experimental parameters. The experimental results have been assessed and compared with existing theories. The results show that the type of working fluids are very important factors for the operation of thermosyphons. And the maximum enhancement (i.e. the ratio of the heat transfer coefficients the helical thermosyphons to plain thermosyphons) is $1.5{\sim}2$ for condensation.
열사이폰 열교환기는 잠열을 이용한 대량의 열수송 능력과 증기류의 열확산에 의한 온도 분포의 균일화, 경량, 간단한 구조, 빠른 열응답 특성 등의 우수성을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 우수성을 보유하고 있는 열사이폰 열교환기에 대하여 기하학적 형태, 유체의 물성, 열유속 및 내부압력 등 열사이폰의 작동에 관련된 변수들에 관하여 열전달 성능을 실험적으로 연구하였다. 평관형 및 마이크로 그루브형 열사이폰에서 마이크로 그루브수의 변화와 작동유체는 증류수, 메탄올 및 에탄올의 종류 변화에 대한 실험적인 연구를 수행한 결과, 열전도계수와 증발 잠열값이 큰 증류수가 메탄올 및 에탄올보다 비등열전달계수가 높게 나타났다. 또한 마이크로 그루브형 열사이폰이 평관형 열사이폰보다 비등열전달계수가 높게 나타났으며 작동유체가 증류수인 경우 $2{\~}2.5$배 메탄올인 경우 $1.5{\~}2$배, 에탄올인 경우 $1.3{\~}1.5$배 높게 나타났다.
The boiling heat transfer characteristics of two-phase closed thermosyphons with internal grooves are studied experimentally and a simple mathematical model is developed to predict the performance of such thermosyphons. The study focuses on the boiling heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphons with copper tubes having 50, 60, 70, 80, 90 internal grooves. A two-phase closed thermosyphon with plain copper tube having the same inner and outer diameter as those of grooved tube is also tested for comparison. Methanol is used as working fluid. The effects of the number of grooves, the operating temperature, the heat flux are investigated experimentally. From these experimental results, a simple mathematical model is developed. In the present model, boiling of liquid pool in the evaporator is considered for the heat transfer mechanism of the thermosyphon. And also the effects of the number of grooves, the operating temperature, the heat flux are brought into consideration. A good agreement between the boiling heat transfer coefficient of the thermosyphon estimated from experimental results and the predictions from the present mathematical model is obtained. The experimental results show that the number of grooves and the amount of the working fluid are very important factors for the operation of thermosyphons. The two-phase closed thermosyphon with copper tubes having 60 internal grooves shows the best boiling heat transfer performance.
경사 열사이폰 열교환기는 잠열을 이용한 대량의 열수송 능력과 증기류의 열확산에 의한 온도 분포의 균일화, 경량, 간단한 구조, 빠른 열응답 특성 등의 우수성을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 우수성을 보유하고 있는 경사 열사이폰 열교환기에 대하여 경사각의 변화, 작동유체의 종류, 열유속 및 내부압력 등 열사이폰의 작동에 관련된 변수들에 관하여 열전달 성능을 실험적으로 연구하였다. 평관형 및 마이크로 그루브형 경사 열사이폰에서 실험적인 연구를 수행한 결과, 마이크로 60그루브형으로 경사각이 $30^{\circ}$이고 작동유체가 증류수인 경우 비등열전달계수는 $15000\;W/m^3K$으로 나타났으며, 이 간은 평관형 경사 열사이폰의 비등열전달계수보다 1.6배 정도 높게 나타났다. 그리고 작동유체가 증류수인 경우 평관형 열사이폰에서 비등열전달계수는 경사각이 $25^{\circ}{\sim}30^{\circ}$ 범위에서, 메탄올과 에탄올에서는 경사각이 $20^{\circ}{\sim}25^{\circ}$ 범위에서 최대 비등열전달계수를 나타났다. 또한 평관형 열사이폰은 경사각이 $25^{\circ}{\sim}30^{\circ}$범위에서, 마이크로 그루브형 열사이폰은 경사각이 $20^{\circ}{\sim}25^{\circ}$사이에서 최대 비등열전달 성능을 나타내었다.
This study concerns the performance of boiling heat transfer in two-phase closed thermosyphons with various helical grooves. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluids. In the present work, a copper tube of the length of 1200 mm and 14.28 mm of inside diameter is used as the container of the thermosyphon. Each of the evaporator and the condenser section has a length of 550 mm, while the remaining part of the thermosyphon tube is adiabatic section. A experimental study was carried out for analyzing the Performances of having 50, 60, 70, 80 and 50 helical grooves. A Plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphons is also tested for comparison. The type of working fluid and the numbers of grooves of the thermosyphons with various helical grooves have been used as the experimental parameters. The experimental results have been assessed and compared with existing theories. The results show that the number of grooves and the type of working fluids are very important factors for the operation of thermosyphons. The helical grooved thermosyphons having 50 to 60 grooves in water, 60 to 70 grooves in methanol and ethanol shows the best heat boiling heat transfer coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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