تحلیل تجربی انتقال حرارت در چگالش r-404a داخل لوله های مارپیچ

با توجه به محدودیت منابع انرژی در جهان و همچنین افزایش هزینه استفاده از انرژی در سال های اخیر، تحقیق در زمینه ی انرژی با هدف کاهش مصرف آن در فرآیند های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا در زمینه انتقال حرارت تلاش های وسیعی جهت ایجاد مبدل های حرارتی فشرده تر و پر بازده تر با وزن و اندازه ی کمتر و در نتیجه ارزانتر صورت گرفته است. یکی از انواع مبدل ها، مبدل های حرارتی با لوله های مارپیچ است که کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف از قبیل صنایع شیمیایی، نیروگاه ها، صنایع غذایی، دارویی و... دارد. گاز r-404a یک گاز غیر مخرب لایه ازن می باشد که برای جایگزینی گازهای r-12، r-22،r-502 در کاربردهای دما پایین و کاربردهای دما متوسط مانند فریزرهای فروشگاهی، ماشین های حمل موارد غذایی تولید شده است. با توجه به اینکه مطالعات انجام شده درمورد تاثیر پیچش و گام لوله های مارپیچ بر میزان انتقال حرارت در چگالش مبردهای مختلف با یکدیگر تفاوت دارند و هیچ گونه مطالعه ای در مورد مبرد r-404a گزارش نشده است به بررسی انتقال حرارت تجربی این مبرد تحت تاثیر عامل های موثر مانند شعاع انحنا، گام پیچه، کیفیت بخار و سرعت جرمی پرداخته شد. در دستگاه آزمایش مورد استفاده ابتدا گاز درکمپرسور متراکم شده و پس از عبور از شیر برقی وارد پیش کندانسور می گردد. برای خنک کاری یا گرمایش مبرد در سیکل تراکمی از آب به صورت جریان مخالف استفاده گردید. وظیفه پیش کندانسور کنترل کیفیت بخار ورودی به کندانسور آزمایش به کمک افزایش یا کاهش دبی جریان عبوری آب می باشد. به کمک موازنه انرژی (میزان حرارت دفع شده به کمک آب) کیفیت بخار خروجی از آن تعیین گردیده، وارد کندانسور آزمایش می گردید. ضریب انتقال حرارت و کیفیت بخار در خروج از مبدل مورد آزمایش بر اساس اصل موازنه انرژی خروجی از پیش کندانسور و کندانسور اصلی مورد محاسبه قرار گرفت. پس از آن برای زیر سرد سازی وارد کندانسور ثانویه می شود. وظیفه کندانسور ثانویه چگالش کامل مبرد قبل از ورود به روتامتر و افزایش کارایی شیر انبساط می باشد. دبی جرمی عبوری از کندانسور آزمایش به کمک شیر تنظیم دبی و با توجه به روتامترمورد استفاده، تعیین می گردید. مبرد عبوری از شیر انبساط وارد اواپراتورگردیده و عمل تبخیر صورت می گرفت. برای اندازه گیری دمای سطح لوله مارپیچ و دمای آب ورودی و خروجی به کندانسورها ، ترموکوپل هایی از نوع j و ترمومتر کالیبره شده با دقت ?1/0 استفاده شد. لازم به ذکر است تمام کندانسورها برای حداقل کردن نشت حرارتی و ایجاد خطا عایق گردیدند. آزمایش ها در سه سرعت جرمی 125، 156و kg/m2s 188 صورت گرفت. لوله های مارپیچ با شعاع های انحنای متفاوت بین 35/4 تا cm65/7 و گام های بین cm5/1 تا cm5/3 ساخته شدند. در مجموع 162 آزمایش انجام گردید. دمای سطح خارجی لوله از مقدار میانگین ترموکوپل هایی که روی سطح لوله آزمایش قرار داشت، بدست آمد. کیفیت موضعی در ورود و خروج به هر کندانسور با استفاده از موازنه انرژی محاسبه شد و کیفیت بخار کندانسور آزمایش از میانگین کیفیت های ورودی و خروجی از کندانسور اصلی بدست آمد. آنالیز خطای آزمایش ها نشان داد که میزان خطا برای تمام آزمایش ها کمتر از %65/9± بود. بر اساس بررسی تجربی حاضر در خصوص انتقال حرارت چگالشی در لوله های مارپیچ با شعاع های انحنای مختلف دیده شد که تغییرات شعاع انحنای لوله تاثیر زیادی بر ضرایب انتقال حرارت چگالشی دارد به صورتی که در سرعت های جرمی و کیفیت های پایین بخار، این تغییرات چشمگیرتر است. بیشترین ضریب انتقال حرارت چگالشی در کیفیت های بالای بخار، درشعاع لولهcm 35/4 اتفاق می افتد که نسبت به شعاع cm65/7 در سرعت جرمی یکسان از افزایش % 42 ضریب انتقال حرارت برخوردار است. با افزایش دبی جرمی یا کیفیت بخار تاثیرکاهش شعاع انحنا در افزایش ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد به طوری که بیشترین افزایش متوسط ضریب انتقال حرارت در سرعت جرمی kg/m2s 125 و به میزان % 45 برای متوسط ضریب انتقال حرارت شعاع انحنایcm 35/4 به شعاع انحنای cm56/7 بود. دلیل این امر آن است که افزایش سرعت بیشتر تحت تاثیر افزایش کیفیت یا افزایش دبی جرمی است.