Experimental study on condensation heat transfer and pressure drop of R134a in parallel minichannels

Abstract

Abstract : The turn of the twenty-first century brought a technological advance that was evident in space technology and electronics. These two technologies mark a trend toward the miniaturization of devices. Therefore, an inten-sification of convective heat transfer with phase changes is needed. An example of passive methods that can be used to increase convective heat process includes, among others, diameter tube reduction. The increase in the heat transfer coefficient value serves as a measure of this intensifica-tion effectiveness. In the present study, heat transfer coefficient and pressure drop are experimentally investigated during condensation of R134a inside seven horizontal and parallel minichannels. Differential thermopile heat flux transducers were used in order to measure the heat flux, which is an innovative technique. The test conditions include pres-sure P, vapor quality x, heat flux q? and mass flux G, ranging from 7.4 to 9.1 bar, 0.89 to 1, 8.2 to 10.8 kW/m² and 391 to 542 kg/(m²s), respec-tively. The influences of saturation temperature, heat flux, mass flux, and vapor quality on the heat transfer coefficient, h, and pressure drop, ?p, are evaluated. The results show that mass flux and vapor quality have an important influence on h, whilst heat flux does not present an evident effect. In addition, higher saturation temperatures present greater heat transfer coefficients for high vapor qualities. This influence decays as condensation occurs. The mass flux increase and the saturation tem-perature decrease cause a ?p increase, whereas the heat flux does not show influence. The experimental results for heat transfer coefficient and pressure drop values are compared to correlations described in liter-ature. The results indicate that the prediction of the heat transfer coeffi-cients requires specific correlations for small diameter channels. On the other hand, the pressure drop is well estimated by the classical correla-tions for large diameter channels.

A virada do século XXI trouxe avanço tecnológico perceptível no crescimento de produção tecnológica de dispositivos espaciais e eletrônicos. Estas duas tecnologias marcam uma tendência à miniaturização destes dispositivos. Por isso, novas maneiras de realizar a troca de calor tornam-se prioridade. A realização prática dessas novas maneiras envolve implementação de métodos de transferência de calor por convecção com mudança de fase. Um dos métodos que pode ser implementado para intensificar a transferência de calor por convecção inclui a redução do diâmetro dos canais através dos quais o fluido refrigerante escoa. O aumento do valor do coeficiente de transferência de calor serve como medida da eficácia desta intensificação. No presente estudo, o coeficiente de transferência de calor e a queda de pressão são investigados experimentalmente durante a condensação de R134a no interior de sete mini-canais paralelos, orientados horizontalmente. Foram utilizados fluxímetros de calor para medir o fluxo de calor, o que é uma técnica inovadora. As condições de teste abrangem os intervalos de pressão P, título x, fluxo de calor q? e velocidade mássica G, de 7,4 a 9,1 bar, 0,89 a 1, 8,2 a 10,8 kg/m² e 391 a 542 kg/(m²s), respectivamente. As influências da temperatura de saturação, fluxo de calor, velocidade mássica e título sobre o coeficiente de transferência de calor, h, e sobre a queda de pressão, ?p, são avaliadas. Os resultados indicam que a velocidade mássica e o título possuem forte influência sobre o h. No entanto, o fluxo de calor não apresenta efeito evidente. Além disso, as temperaturas de saturação mais altas apresentam maiores coeficientes de transferência de calor para altos títulos. Esta influência diminui à medida que a condensação ocorre. O aumento da velocidade mássica e a diminuição da temperatura de saturação provocam aumento da ?p, enquanto o fluxo de calor não demonstra influência. Os resultados experimentais para os coeficientes de transferência de calor e queda de pressão são compara-dos às correlações descritas na literatura. Os resultados mostram que a previsão dos h?s requerem correlações específicas para escoamentos em canais de diâmetros pequenos. Já a ?p é bem estimada pelas correlações clássicas para canais de grandes diâmetros.