مدل‌سازی و توسعه کُدِ تحلیلِ ترمودینامیکی کندانسور میکروکانال جهت کاربرد در سامانه‌های تهویه مطبوع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا

2 مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده
مبدل‌های حرارتی نقش بسیار عمده‌ای را در تجهیزات مختلف ایفا می‌کنند. رویکرد جدید در این خصوص استفاده از مبدل‌های حرارتی میکروکانال است که با افزایش نرخ انتقال حرارت در واحد سطح و یا وزن، نسبت به مبدل‌های حرارتی سنتی به کاندیدای اصلی برای استفاده در تجهیزات مختلف مبدل شده‌اند. در سیکل‌های تبرید این مبدل‌ها معمولاً در کندانسورهای هوایی به‌کار می‌روند. در پژوهش حاضر، یک کُد تحلیلی برای شبیه‌سازی و طراحی کندانسورهای میکروکانال توسعه داده شده است. در این شبیه‌سازی به‌جای استفاده از فرمولاسیون تعیین ضریب انتقال حرارت برای کانال‌های تکی مانند روابط دابسون و چاتو، از فرمولاسیون مرتبط با لوله‌های چندکاناله استفاده شده است که به ساختار چندکاناله بودن لوله‌های میکروکانال نزدیک‌تر است و این فرمولاسیون از منابع معتبر و جدید استخراج شده‌اند که دارای دقت بالایی هستند. این کُد در نرم‌افزار حلگر معادلات مهندسی نوشته شده است زیرا دارای پایگاه داده قدرتمندی برای مبردهای مختلف دارد. برای صحت‌سنجیِ کُد توسعه داده شده، چهار کندانسور در ابعاد مختلف و با مبردهای مختلف انتخاب شدند تا داده‌های کُد توسعه داده شده با داده‌های تجربی معتبر موجود برای این چهار کندانسور و همچنین داده‌های کُدهای تحلیلی گذشته مورد مقایسه قرار گیرند. نتایج نشان می‌دهد که دقت کد توسعه داده شده نسبت به کارهای قبلی دارای دقت بسیار بالاتری است و با خطای حدود کمتر از 10% ظرفیت گرمایی کندانسور و دمای سمت هوا و مبرد را تخمین می‌زند. کد توسعه داده شده، در روند طراحی و بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی، صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه ایجاد خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


مراجع
[1] A.A. Al-Rashed, Effect of evaporator temperature on vapor compression refrigeration system, Alexandria Engineering Journal, Vol. 50, pp. 283-290, 2011.
[2] C. Cuevas, D. Makaire, L. Dardenne, P. Ngendakumana, Thermo-hydraulic characterization of a louvered fin and flat tube heat exchanger, Experimental thermal and fluid science, Vol. 35, pp. 154-164, 2011.
[3] K. Pooranachandran, K.S.I.L. Ali, K. Narasingamurthi, V. Ramalingam, Experimental and numerical investigation of a louvered fin and elliptical tube compact heat exchanger, Thermal Science, Vol. 19, pp. 679-692, 2015.
[4] F. Ayad, R. Benelmir, A. Souayed, CO2 evaporators design for vehicle HVAC operation, Applied Thermal Engineering, Vol. 36, pp. 330-344, 2012.
[5] C. Zilio, J.S. Brown, G. Schiochet, A. Cavallini, The refrigerant R1234yf in air conditioning systems, Energy, Vol. 36, pp. 6110-6120, 2011.
[6] A. Agarwal, T.M. Bandhauer, S. Garimella, Measurement and modeling of condensation heat transfer in non-circular microchannels, International journal of refrigeration, Vol. 33, pp. 1169-1179, 2010.
[7] A. Cavallini, D. Del Col, M. Matkovic, L.a. Rossetto, Frictional pressure drop during vapour–liquid flow in minichannels: Modelling and experimental evaluation, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 30, pp. 131-139, 2009.
[8] S. Garimella, A. Agarwal, J.D. Killion, Condensation pressure drops in circular microchannels, in:  International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels, pp. 649-656, 2004.
[9] S.G. Kandlikar, Fundamental issues related to flow boiling in minichannels and microchannels, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 26, pp. 389-407, 2002.
[10] S. Koyama, K. Kuwahara, K. Nakashita, K. Yamamoto, An experimental study on condensation of refrigerant R134a in a multi-port extruded tube, International journal of refrigeration, Vol. 26, pp. 425-432, 2003.
[11] N.-H. Kim, J.-P. Cho, J.-O. Kim, B. Youn, Condensation heat transfer of R-22 and R-410A in flat aluminum multi-channel tubes with or without micro-fins, International Journal of Refrigeration, Vol. 26, pp. 830-839, 2003.
[12] H.S. Wang, J.W. Rose, A theory of film condensation in horizontal noncircular section microchannels, Vol., pp., 2005.
[13] N.A. Qasem, S.M. Zubair, Compact and microchannel heat exchangers: A comprehensive review of air-side friction factor and heat transfer correlations, Energy conversion and management, Vol. 173, pp. 555-601, 2018.
[14] M.M. Rahman, K. Kariya, A. Miyara, An experimental study and development of new correlation for condensation heat transfer coefficient of refrigerant inside a multiport minichannel with and without fins, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 116, pp. 50-60, 2018.
[15] M. Li, Q. Guo, J. Lv, D. Li, Research on condensation heat transfer characteristics of R447A, R1234ze, R134a and R32 in multi-port micro-channel tubes, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 118, pp. 637-650, 2018.
[16] A. Başaran, A. Yurddaş, Thermal modeling and designing of microchannel condenser for refrigeration applications operating with isobutane (R600a), Applied Thermal Engineering, Vol. 198, pp. 117446, 2021.
[17] M. Kruzel, T. Bohdal, M. Sikora, Heat transfer and pressure drop during refrigerants condensation in compact heat exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 161, pp. 120283, 2020.
[18] R. Vinoth, B. Sachuthananthan, Experimental study of heat transfer and pressure drop characteristics of microtube condenser using R134a, International Journal of Ambient Energy, Vol., pp. 1-6, 2021.
[19] Q.V. Pham, J.-T. Oh, Condensation heat transfer characteristics of R1234yf inside multiport mini-channel tube, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 170, pp. 121029, 2021.
[20] D. Jige, M. Nobunaga, T. Nogami, N. Inoue, Condensation heat transfer of binary and ternary mixtures inside multiport tubes, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 207, pp. 123981, 2023.
[21] M.M. Shah, Improved correlation for heat transfer during condensation in mini and macro channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 194, pp. 123069, 2022.
[22] Z. Tian, Z. Huang, S. Xu, K. Li, W. Gao, Direct liquid cooling heat transfer in microchannel: Experimental results and correlations assessment, Applied Thermal Engineering, Vol. 223, pp. 120020, 2023.
[23] M.M. Marinheiro, D.B. Marchetto, G. Furlan, A.T. de Souza Netto, C.B. Tibiriçá, A robust and simple correlation for internal flow condensation, Applied Thermal Engineering, Vol. 236, pp. 121811, 2024.
[24] F. Nie, H. Wang, Y. Zhao, Q. Song, S. Yan, M. Gong, A universal correlation for flow condensation heat transfer in horizontal tubes based on machine learning, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 184, pp. 107994, 2023.
[25] M. Moradkhani, S. Hosseini, M. Song, Robust and general predictive models for condensation heat transfer inside conventional and mini/micro channel heat exchangers, Applied Thermal Engineering, Vol. 201, pp. 117737, 2022.
[26] A.D. Litch, P. Hrnjak, Condensation of ammonia in microchannel heat exchangers, in, Air Conditioning and Refrigeration Center. College of Engineering …, 1999.
[27] M.K. Dobson, J.C. Chato, Condensation in smooth horizontal tubes, Vol., pp., 1998.
[28] K.M. Traeger, P.S. Hrnjak, Charge minimization of microchannel heat exchangers, in, Air Conditioning and Refrigeration Center. College of Engineering …, 2005.
[29] M.R. Hoehne, P. Hrnjak, Charge minimization in systems and components using hydrocarbons as a refrigerant, in, Air Conditioning and Refrigeration Center. College of Engineering …, 2004.
[30] Y.-J. Chang, C.-C. Wang, A generalized heat transfer correlation for Iouver fin geometry, International Journal of heat and mass transfer, Vol. 40, pp. 533-544, 1997.
[31] Danfoss Industries Pvt. Ltd., in, https://www.danfoss.com/en/.
[32] T.L. Bergman, T.L. Bergman, F.P. Incropera, D.P. Dewitt, A.S. Lavine, Fundamentals of heat and mass transfer, John Wiley & Sons, 2011.
[33] J. Garcia-Cascales, F. Vera-Garcia, J. Gonzalvez-Macia, J. Corberan-Salvador, M. Johnson, G. Kohler, Compact heat exchangers modeling: Condensation, International Journal of Refrigeration, Vol. 33, pp. 135-147, 2010.
[34] D. Jige, N. Inoue, S. Koyama, Condensation of refrigerants in a multiport tube with rectangular minichannels, International Journal of Refrigeration, Vol. 67, pp. 202-213, 2016.
[35] A. Lobo de Souza, M. de Mattos Pimenta, Prediction of pressure drop during horizontal two-phase flow of pure and mixed refrigerants, ASME-PUBLICATIONS-FED, Vol. 210, pp. 161-172, 1995.
[36] S.W. Churchill, Friction-factor equation spans all fluid-flow regimes, Chemistry Engineerign Journal, Vol. 84, pp. 91-92, 1977.
[37] V. Gnielinski, New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow, Int. Chem. Eng., Vol. 16, pp. 359-368, 1976.
[38] Sanhua Company, in, https://www.sanhuaeurope.com/en.

  • تاریخ دریافت 29 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 12 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 26 اسفند 1402