This is an experimental study conducted to visualize the nucleate boiling phenomena and flow regimes occurring inside the liquid pool in a closed two-phase thermosyphon. To meet this purpose, an annular-type thermosyphon was designed and manufactured using a glass tube and a stainless steel tube, being assembled axisymmetrically. The heat to be supplied to the working fluid is generated within a very thin layer of stainless steel tube wall by applying a high frequency electromagnetic field through the induction coil, axisymmetrically set around the evaporator zone. Some important results were as follows ; 1) Considering the structural complexity of the tested thermosyphon, it showed good performance for the range of heat flux 2< q" <25kW/$m^2$ and saturation vapor pressure, 0.1<Pv<1.1bar 2) different type of nucleating boiling regimes were observed as described below, -Pulse boiling regime : Flow pattern changed cyclically with time during 1 cycle of pulse boiling process. The onset of Nucleation was followed by expulsive growing of vapor bubble, resulting in the so called blow-up phenomenon, massive expulsion of large amount of liquid around the bubble. -Transient : Some spherical vapor bobbles were observed growing out from 2~3 nucleating sites, that was dispersed at the lower part of the heated tube wall in the liquid pool. But the rest upper region above the nucleating sites were filled with churns or bubbles of vapor. -Continuous nucleate boiling regime : The whole zone of evaporator was filled with lots of spherical vapor bubbles, and the bubbles showed tendency to decrease in diameter as the heat flux increased.ased.
본 연구는 고효율 청정 조리용기 개발을 위한 기초 연구로서 기-액 상변화를 이용하여 조리용기의 등온성을 향상시키고자 $100-200^{\circ}C$의 작동온도 범위에 적합한 작동유체를 선정하고 이들 작동유체의 열전달 특성실험을 수행하였다. 이를 위하여 2 상 밀폐 열사이폰을 제작하고 두 가지 작동유체에 대한 비등 및 응축 열전달 특성과 시동특성에 대한 실험하였으며, 실험 결과로부터 2 가지 유체를 혼합한 2 성분 유체 열사이폰의 시동 및 열전달 성능의 상호 보완 가능성을 분석하였다.
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 the heat transfer of the thermosyphons having 60, 70, 80. 90 axial internal low-fins in which boiling and condensation occurr. Water, HCFC-141b and CFC-11 have been used as the working fluids. The operating temperature, the liquid charge ratio and the inclination angle of thermosyphons have been used as the experimental parameters. The heat flux and heat transfer coefficient at the condenser are estimated from experimental results. The experimental results have been assessed and compared with existing theories. As a result of the experimental investigation, it was found that the maximum heat flow rate in the thermosyphons is dependent upon the liquid charge ratio and inclination angle. A relatively high rate of heat transfer has been achieved by the thermosyphon with axial internal low-fins. The inclination of a thermosyphon has a notable influence on the condensation. In addition, the overall heat transfer coefficients and the characteristics at the operating temperature are obtained for the practical applications.
상변화물질로의 열전달기구로써 열싸이폰을 사용하는 잠열 축열 시스템의 축열성능을 실험을 통해 조사하였다. 상변화 물질로는 파라핀 왁스(Sunoco P-116)를 사용하였고 왁스의 유효열전도계수를 높이기 위해 여러겹의 구리망을 왁스에 넣었으며 이 구리망은 열싸이폰의 fin의 역할도 하게했다. 열주입율을 변화시켜 실험을 수행하였으며 주요 결론은 다음과 같다. (1) 구리망 사이의 공간은 용해된 왁스의 대류유동을 허용하여 왁스내의 온도를 비교적 균일하게 해 준다. (2) 구리망의 수가 증가하면 전도열전달은 향상하나 대류작용은 억제된다. (3) 구리망의 수가 증가하면 열싸이폰의 열관류계수와 전 열관류계수는 증가하나 열싸이폰의 응축부와 왁스사이의 열전달계수는 감소한다.
An experimental study was carried out to delineate the flow characteristics in a closed countescurrent two-phase thermo syphon with concentric tubes. This is to be installed in the HANARO research reactor as a part of a Cold Neutron Source(CNS). In the present investigation, experiments ata room temperature with Freon-II3 as a moderator were performed. Results show that, based on the magnitude of pressure fluctuation, the flow regimes could be divided into 4 distinct ones in the ($V_f,\;Q_i$) plane, where $V_f$ represents the volume of the charged liquid and $Q_i$ the heat load: a stable flow regime, an oscillatory flow regime, a restablized flow regime and a dryout flow regime. For $V_f$>2.5l, the flow is stable at low $Q_i$. However, as $Q_i$ increases, the flow becomes oscillatory and finally restablizes As $V_f$ increases, the oscillation amplitude decreases, reaching to the restablized flow region at low $Q_i$, and the liquid level in the moderator cell remains high. In the oscillatory flow regimes, for a fixed VI; the oscillating period of time varies with $Q_i$, having a minimum value at a certain value of $Q_i$. The heat load, where the oscillating period of time is minimum, decreases as $V_f$ increases.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제11권4호
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pp.159-169
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2003
Five two-phase closed loop thermosyphons (TLTs) specially designed and constructed for the present study are one small scale loop, two medium scale loops (MSLI and MSLII) and two large scale loops (LSLI and LSLII). Two simulation models based on thermal resistance network, lumped and sectorial, are presented. In the Lumped model, the evaporator section is dealt as one lumped boiling section. Whereas, in the Sectorial model, all possible phenomena which would occur in the evaporator section due to the two-phase boiling process are considered in detail. Flow regimes, the flow transitions between flow regimes and other two-phase parameters involved in two-phase flows are carefully analyzed. In the present study, the results of two different simulation models are compared with experimental results. The comparisons showed that the simulation results by the Lumped model and by the Sectorial model did not show any partiality for the model used for the simulation. The simulation results according to the correlations show the various results in the large different range.
An Experimental study on the boiling and condensation heat transfer performance of thermosyphons with low intergral-fins was performed to investigate its heat transfer characteristics. A plain thermo syphon having the same inner and outer diameter as the finned thermosyphons was also tested for comparison. Water and CFC-30 was used as working fluids. The experimental results have been assessed and compared with same existing theories. Good agreement with the theories of Imura and Nusselt was obtained. The vertical closed-type thermosyphons with low integral-fins gave significant increases in the overall heat transfer coefficient compared to plain thermosyphon. In addition, the overall heat transfer coefficients and the operating characteristics was obtained as a function vof operating temperature for the practical applications. Also, the closed two-phase thermosyphons with low integral-fins would be highly recommended to achieve some inexpensive and compact heat exchangers in the range of low temperatures.
파라핀 왁스에 열에너지를 저장하기 위해 열전달 기구로 원판형 핀이 달린 열싸이폰을 사용하였다. 실험은 4, 6, 8개의 핀에 대해 수행되었으며 각각의 경우 왁스의 초기온도와 주입열량을 변화시키면서 실험을 반복하였다. 실험을 통하여 특히 잠열 축열계의 전열경로의 주요지점에서의 열전달 특성을 규명하고자 하였으며 주요 결론은 다음과 같다. (1) 열싸이폰의 열관류율과 총합열관류율은 핀의 수가 증가함에 따라 커지나 핀과 왁스사이의 열전달계수는 감소하였다. (2) 핀에 의해 열전달이 촉진됨으로서 핀이 없는 열싸이폰에서 일어나는 dry-out 현상이 제거되었다. (3) 수평형의 핀은 왁스의 큰 규모의 대류를 억제하며 핀의 수가 증가함에 따라 핀 사이에서의 국소대류도 더욱 억제되었다.
작동유체로서 비등점이 서로 다른 2종류, 즉 2성분 혼합물을 사용한 2상 밀폐 열싸이폰은 단일성분의 열싸이폰 보다 공학적으로 우수한 성능을 갖는다. 따라서 상 분리 현상이 나타나지 않은 안정적인 혼합물인 물/에탄올의 혼합물을 작동유체로 사용한 열싸이폰의 작동특성이 실험적으로 수행되었다. 실험에서는 시동성, 정상상태 작동, 경사시 작동특성 및 열전달 한계(Dry-out) 등에 관한 2성분 열싸이폰의 작동특성에 관해서 고찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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