Análise experimental da ebulição convectiva de hidrocarbonetos em um mini canal de seção circular

Abstract

A ebulição convectiva dos fluidos refrigerantes R-600a (isobutano), R-290 (propano) e R-1270 (propileno) é investigada no interior de um canal circular horizontal com diâmetro interno de 1 mm e comprimentos total e aquecido iguais a 366 mm e 265 mm, respectivamente. Tal estudo tem por finalidade a análise de padrões de escoamento, transferência de calor e queda de pressão, considerando os seguintes parâmetros de teste: fluxo de calor na seção de teste (5 kW/m² = q ST = 60 kW/m²); velocidade mássica (240 kg/(m²s) = G = 480 kg/(m²s)); título de vapor (0 = x = 0,99) e fração de vazio (0 = a = 0,99) para a temperatura de saturação de 25 °C. Inicialmente, são analisados os padrões de escoamento observados em uma seção de visualização localizada à jusante da seção de teste e relacionados às variações de velocidades médias e superficiais das fases. Posteriormente, um método para predição dos padrões de escoamento é proposto, baseado na razão de escorregamento e no número de ebulição. Em seguida, são analisadas as frequências características dos padrões de escoamento com o auxílio de um sensor óptico desenvolvido exclusivamente para este estudo. Na sequência, a transferência de calor e a queda de pressão são investigadas para os três fluidos refrigerantes e relacionadas aos padrões de escoamento. Como resultado, este trabalho propõe um método simples de predição dos padrões de escoamento; as frequências características provenientes de dinâmica entre a interface liquido-vapor são apresentadas; tanto a transferência de calor quanto a queda de pressão são investigadas e relacionadas com os padrões de escoamento. Por fim, os resultados experimentais da transferência de calor e da queda de pressão são comparados com correlações aplicadas a canais com diâmetro reduzido disponíveis na literatura.

Abstract : The flow boiling of refrigerants R-600a (isobutane), R-290 (propane) and R-1270 (propylene) is investigated inside a horizontal circular channel with 1 mm internal diameter and total and heated lengths of 366 mm and 265 mm, respectively. Such study has the purpose of analyzing flow patterns, heat transfer and pressure drop, considering the following parameters: heat flux (5 kW/m² = q ST = 60 kW/m²); mass velocity (240 kg/(m²s) = G = 480 kg/(m²s)); vapour quality (0 = x = 0,99) and void fraction (0 = a = 0,99) for saturation temperature of 25 °C. Initially, the flow patterns observed in a visualization section located downstream of the test section are analyzed and related to variations of both mean and superficial velocities of the phases. Subsequently, a method for predicting the flow patterns is proposed, based on the slip ratio and boiling number. Then, the characteristic frequencies of the flow patterns are analyzed with the aid of an optical sensor developed developed exclusively for this study. In the sequence, heat transfer and pressure drop are investigated for three refrigerants and related to the flow patterns. As a result, this work proposes a simple method of predicting flow patterns; the characteristic frequencies of dynamics between the liquid-vapor interface are presented; both the heat transfer and the pressure drop are investigated and related to the flow patterns. Finally, experimental results of heat transfer and pressure drop are compared with correlations applied to reduced diameter channels available in literature.