Tubes are of extreme importance in industries as for fluid channels or wave guides. Furthermore, some weapon systems such as cannons use the tubes as gun barrels. To increase the service life of such tubes, a protective coating must be applied to the tubes' inner surface. However, the coating methods applicable to the inner surface of the tubes are very limited due to the geometrical restriction. A small-diameter cylindrical magnetron sputtering gun can be used to deposit coating layers on the inner surface of the large-bore tubes. However, for small-bore tubes with the inner diameter of one inch (~25 mm), the magnetron sputtering method can hardly be accommodated due to the space limitation for permanent magnet assembly. In this study, a new approach to coat the inner surface of small-bore tubes with the inside diameter of one inch was developed. Instead of using permanent magnets for magnetron operation, an external electro-magnet assembly was adopted around the tube to confine the plasma and to sustain the discharge. The electro-magnet was operated in pulse mode to provide the strong axial magnetic field for the magnetron operation, which was synchronized with the negative high-voltage pulse applied to the water-cooled coaxial sputtering target installed inside the tube. By moving the electro-magnet assembly along the tube's axial direction, the inner surface of the tube could be uniformly coated. The inner-surface coating system in this study used the tube itself as the vacuum chamber. The SS-304 tube's inner diameter was 22 mm and the length was ~1 m. A water-cooled Cu tube (sputtering target) of the outer diameter of 12 mm was installed inside of the SS tube (substrate) at the axial position. The 50 mm-long electro-magnet assembly was fed by a current pulse of 250 A at the frequency and pulse width of 100 Hz and 100 usec, respectively. The calculated axial magnetic field strength at the center was ~0.6 Tesla. The central Cu tube was synchronously driven by a HiPIMS power supply at the same frequency of 100 Hz as the electro-magnet and the applied pulse voltage was -1200 V with a pulse width of 500 usec. At 150 mTorr of Ar pressure, the Cu deposition rate of ~10 nm/min could be obtained. In this talk, a new method to sputter coat the inner surface of small-bore tubes would be presented and discussed, which might have broad industrial and military application areas.
볼텍스 튜브는 고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용 할 수 있는 장치이다. 본 연구에서는 직경 10mm의 볼텍스 튜브의 기본 설계 자료를 구축하기 위하여 에너지 분리 성능 실험을 수행하였다. 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위하여, 공급압력, 볼텍스 발생기의 오리피스 직경 및 튜브의 길이가 에너지 분리 특성에 미치는 영향력을 실험을 통하여 분석하였다. 결과적으로 오리피스 직경과 공급압력이 볼텍스 튜브의 성능의 지배적인 성능인자임을 확인하였다. 튜브길이가 성능에 미치는 영향은 미미하였다. Dc=0.7D, L=16D의 볼텍스 튜브에서 가장 우수한 에너지 분리효과를 얻을 수 있었다.
The present paper dealt with an experimental study of condensation heat transfer coefficients with refrigerant R-22, R-407C and R-410A, and was focused on pressure gradient and heat transfer coefficient in horizontal tube-in-tube heat exchangers using inner diameter of 4 mm, 3 mm and 2 mm in a 16.91 mm tube and length of 3,000 mm. Experiments were performed at inlet saturation temperature of 35 to $45^{\circ}C$ and mass flux ranges from 200 to $600 kg/m^2s$. The pressure gradient with inner tube diameter of 4.0 mm is higher 2.5 times than that of 8.0 mm. In tube-in-tube HEX, the pressure gradient of R-410A were lower than those of R-22 and R-407C. The condensation heat transfer coefficients increased with mass flux increase, but they decreased with saturation temperature increased. Condensation heat transfer coefficients of R-410A were a little higher than those of R-22 and R-407C. The condensation heat transfer coefficients of tube-in-tube HEX were about 40% higher than those of double tube HEX.
The condensation heat transfer coefficients of pure refrigerants R-22, R-134a, and a binary refrigerant mixture R-410A flowing in a small diameter tube were investigated. The experiment apparatus consists of a refrigerant loop and a water loop. The main components of the refrigerant loop consist of a variable-speed pump, a mass flowmeter, an evaporator, and a condenser(test section). The water loop consists of a variable-speed pump, an isothermal tank, and a flowmeter. The condenser is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and water flowing in the annulus. The test section consists of smooth, horizontal copper tube of 3.38mm outer diameter and 1.77mm inner diameter. The length of test section is 1220mm. The refrigerant mass fluxes varied from 450 to 1050kg/(㎡$.$s) and the average inlet and outlet qualities were 0.05 and 0.95, respectively. The main results were summarized as follows ; in the case of single-phase flow, the heat transfer coefficients increase with increasing mass flux. The heat transfer coefficient of R-410A was higher than that of R-22 and R-134a, and the heat transfer for small diameter tubes were about 20% to 27% higher than those predicted by Gnielinski. In the case of two-phase flow, the heat transfer coefficients also increase with increasing mass flux and quality. The condensation heat transfer coefficient of R-410A was slightly higher than that of R-22 and R-134a. Most of correlations proposed in the large diameter tube showed significant deviations with experimental data except for the ranges of low quality and low mass flux.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권4호
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pp.463-473
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2006
The effect of tube diameter on heat and mass transfer characteristics of absorber in absorption chiller/heater using LiBr solution as a working fluid has been investigated by both of numerical and experimental study to develop a high performance and compact absorber. The diameter of the heat exchanger tube inside absorber was changed from 15.88mm to 12.70mm and 9.52mm. In numerical study a model of vapor pressure drop inside tube absorber based on a commercial 20RT absorption chiller/heater was performed. The effect of tube diameter, longitudinal pitch, vapor Reynolds number, longitudinal pitch to diameter ratio on vapor pressure drop across the heat exchanger tube banks inside absorber have been investigated and found that vapor pressure drop decreases as tube diameter increases, longitudinal pitch increases, vapor Reynolds number decreases and longitudinal pitch to diameter ratio increases. In experimental study, a system includes a tube absorber, a generator, solution distribution system and cooling water system was set up. The experimental results shown that the overall heat transfer coefficient, mass transfer coefficient. Nusselt number and Sherwood number increase as solution flow rate increases. In both of study cases, the heat and mass transfer performance increases as tube diameter decreases. Among three different tube diameters the smallest tube diameter 9.52mm has highest heat and mass transfer performance.
The fin and tube heat exchanger using a two-port tube has in air-conditioner heat exchanger because heat transfer performance. This study investigates the feasibility of a fin and tube heat exchanger using two-port copper tube by mechanical expansion. The optimum size of the tube-expanding bullet for the heat exchanger using two-port tube was through numerical calculation. The heat exchanger using a two-port tube was fabricated by mechanical expansion, and the heat exchanger performance was evaluated condensation and evaporation experiments. Compared to the heat exchanger of a conventional circular tube, the pressure drop per unit length of the heat exchanger with a two-port tube decreased. Compared to the heat exchanger using a conventional circular tube, the overall heat transfer coefficient of heat exchanger with a two-port tube increased up to 13% in the case of condensation, and up to 25% in the case of evaporation. The two-port tube heat exchanger outperforms conventional heat exchanger for air conditioner with a inner grooved circular tube.
The effect of tube diameter on heat transfer characteristics of absorber in absorption chiller/heater using LiBr solution as a working fluid has been investigated by experimental study to develop a high performance and compact absorber. A system Includes a tube absorber, a generator, solution distribution system and cooling water system was set up. The diameter of the heat exchanger tube inside absorber was changed from 15.88mm to 12.7mm and 9.52mm. The experimental results show that the heat transfer coefficient, Nusselt number and heat flux increase as solution flow rate and cooling water flow rate increase. The heat transfer performance increases as tube diameter decreases. Among three different tube diameters, the smallest tube diameter 9.52mm has highest heat transfer performance. A comparison of the heat transfer coefficient obtained by the present study with those of previous experimental results showed good overall agreement.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권4호
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pp.491-499
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2010
관군은 열전달기기에서 광범위하게 사용되고 있어서 전열성능 및 압력강하 특성은 오래전부터 다양한 연구가 진행되어왔다. 기존의 관군에 관한 실험 및 해석은 대부분 25~51mm 직경의 전열관을 이용하여 Reynolds 수 $8.000{\leq}Re{\leq}30.000$ 범위에서 수행되었으나 최근에는 직경 1mm 안팎의 미세관으로 관군을 만들어 열교환기의 밀집도를 높이려는 데 관심이 많다. 본 논문에서는 이전에 다루지 않았던 관 외경 1.5mm의 관군의 전열성능을 $3.000{\leq}Re{\leq}7.000$ 범위에서 전산유체역학을 이용하여 평가하고 기존의 연구 결과들과 비교하였다. 그 결과 튜브직경이 1.5mm인 관군의 열전달계수와 압력손실계수는 $3.000{\leq}Re{\leq}7.000$ 범위에서도 기존의 Zukauskas 상관식과 최대 4.7% 차이 이내로 일치하였다. 또한 튜브의 횡방향 간격을 줄여서 각 열의 전열성능을 높일 수 있음을 확인하였다.
In order to develop the compact and flexible heat exchangers, we made the helically coiled heat exchangers. They can be manufactured with small diameter copper tubes without the need for fins; inner diameter=1.0 mm, straight tube length=1.5 m. The experiments were carried out with the following conditions; evaporation pressure=0.6 MPa, air velocity=0.7 ∼ 1.7 m/s, and working fluid=R-22. Pressure drop and heat transfer coefficient of heat exchangers were experimented according to the air velocity. The results of heat transfer coefficient show a 35% beneficial increase fur these heat exchangers over the other covered fin-tube heat exchangers. A cooling capacity of about 3 kW was obtained with an air velocity of 1.5 m/s. The distribution header has also been designed fur efficient distribution of refrigerant flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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