Periyodik daralan–genişleyen mini kanalda kaynama davranışının incelenmesi

Abstract

Mühendislik uygulamaları içerisinde özellikle soğutma sistemlerinin gelişmesine bağlı olarak mini kanallarda ısı transferi ve iki fazlı akış incelemeleri büyük oranda güncelliğini korumaktadır. Mini kanallarda iki fazlı akışın kontrolü optimum şartlarda ve boyutlarda daha etkin bir sistemin tasarlanması için büyük bir öneme sahiptir. Tek ve iki fazlı akışlarda ısı transferinin iyileştirilmesi aktif ve pasif olmak üzere iki yöntem ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada kanal geometrisi periyodik olarak daralan – genişleyen dikdörtgen bir mini kanalda kaynama incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R-134a kullanılmıştır. Mini kanallar H/R=1 (düz), H/R=0,8 ve H/R=0,5 üç farklı tipte olacak şekilde imal edilmiştir. Mini kanal hidrolik çapı (Dh)1,83 mm' dir. Deneyler, soğutucu akışkanın üç farklı kütle akılarında (G=100 – 200 – 400 kg/m2s), ısı akısının (q) 0 – 180 kW/m2 aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma basıncı 3 ve 4 bar olarak sabitlenmiştir. Deneyler boyunca soğutucu akışkanın mini kanala giriş sıcaklığı -1°C de sabit tutulmuştur. Sıcaklık ve basınç ölçümleri ile eş zamanlı olarak akış kaynaması rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir. Deneysel bulgularda ısıtma yüzey alanının kaynama olayında önemli bir etkiye sahip olduğu, daralan – genişleyen kanal geometrisinde maksimum ısı transfer yüzey alanında minimum direnç boyunun etkin olduğu, yüksek soğutucu akışkan debilerinde ısı taşınım katsayısının yüksek ancak çıkış kuruluk derecesinin düşük olduğu görülmüştür.

In engineering applications, heat transfer and two-phase flow studies in mini-channels are maintained in a large scale, especially depending on the development of cooling systems. Two-phase flow control in mini-channels is a great precaution for designing a more efficient system for optimum conditions and dimensions. As known, the improvement of heat transfer in single and two-phase flows is achieved by two methods as active and passive. In this study, the boiling phenomenon was investigated in a rectangular mini channel that periodically narrowed-expanded its geometry. R-134a was used as working fluid. Mini channels were manufactured to be of three different types: H/R = 1 (flat), H/R = 0,8 and H/R = 0,5. The hydraulic diameter (Dh) of the mini channel is 1,83 mm. Experiments have been carried out in three different mass fluxes (G = 100 – 200 – 400 kg/m2s) of the refrigerant, 0 – 180 kW/m2 of heat fluxes (q). The working pressure was fixed at 3 and 4 bar. During the experiments, the inlet temperature of the mini – channel of the refrigerant was kept constant at -1°C. Simultaneously with temperature and pressure measurements, flow boiling regimes are visualized with a high – speed camera. Experimental results have shown that heating surface area has a significant effect on the boiling phenomenon. In the narrowing – expanding channel geometry, the minimum resistance size in the maximum heat transfer surface area is more suitable. The heat transfer coefficient at the high value of the refrigerant rate is high and the outlet quality is low.