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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2000.tde-04062024-144208
Document
Author
Full name
Róger Ribeiro Riehl
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2000
Supervisor
Committee
Seleghim Junior, Paulo (President)
Hernandez Neto, Alberto
Padilha, Alcides
Pagliuso, Josmar Davilson
Santos, Antonio Moreira dos
Title in Portuguese
Condensação conectiva em canais de pequenos diâmetros, com e sem uma fronteira porosa
Keywords in Portuguese
canais de pequenos diâmetros
condensação convectiva
rneniscus
Abstract in Portuguese
A necessidade de realização do controle térmico em áreas reduzidas tem levado à compactação cada vez maior de trocadores de calor. Trocadores de calor com canais de pequenos diâmetros apresentam um alto grau de compactação, aliado à uma elevada capacidade de dissipação de calor, tanto para escoamento monofásico como bifásico, porém resultam em elevadas perdas de carga. Este trabalho apresenta um estudo experimental e analítico da condensação convectiva em canais de pequenos diâmetros. Dois tipos de trocadores de calor foram testados: com canais convencionais e com canais onde uma fronteira porosa estava presente. Testes foram realizados para baixas e altas vazões e duas temperaturas de saturação. Para baixas vazões, os condensadores com canais de pequenos diâmetros apresentavam excelente capacidade de dissipação de calor, com Números de Nusselt elevados. Para o condensador com uma fronteira porosa, o Número de Nusselt era maior do que aquele verificado no condensador convencional, com o mesmo tamanho de canal. Para vazões mais elevadas, o Número de Nusselt e a perda de carga apresentaram-se ainda mais elevados do que aqueles verificados nos testes para baixas vazões. Quatro regimes de escoamento puderam ser observados: anular, a bolhas, pistonado e estratificado. Correlações para o cálculo do Número de Nusselt e perda de carga foram obtidas, mostrando um excelente grau de correlação. Um modelo analítico do processo de transferência de calor em canais de pequenos diâmetros foi desenvolvido, onde a espessura do filme líquido e a curvatura dos "meniscus" puderam ser calculados, mostrando boa correlação com os experimentos. A partir desse estudo, é possível concluir que trocadores de calor com canais de pequenos diâmetros apresentam uma nova opção para futuros projetos devido`a sua forma compacta e elevada capacidade de dissipação de calor. As correlações e o modelo analítico desenvolvidos podem ser utilizados ) como ferramenta para novos projetos
Title in English
Convective condensation in small diameter channels with/without a porous boundary
Keywords in English
convective condensation
meniscus
small diarneter channeis
Abstract in English
coorientThe necessity of thermal contrai in reduced areas has resulted in more compact heat exchangers, which has resulted in new equipment's conception. Heat exchangers with small diarneter channeis present a high degree of compaction, which results in a high heat transfer capability for either single- or two-phase flow in the channels, although resulted in high leveis of pressure-drop. This work presents an experimental and analytical study on the convective condensation in small diarneter channeis. Two different types o f heat exchangers were tested: one with conventional channels and one where a porous boundary was present. Tests were performed for low and high flow rates and two saturation temperatures. For low flow rates, the condensers with small diarneter channeis presented excellent heat dissipation capability, with high Nusselt numbers. For the condenser with a porous boundary, the Nusselt number was even higher when compared with the condenser with conventional channeis, even for the same channel size. F o r high flow rates, the Nusselt number presented higher leveis than those observed for low flow rate, and the pressure drop was also high. Equations for Nusselt number and pressure drop predictions were obtained, which showed excellent degree of correlation. During the tests, four different flow patterns could be observed: annular, bubbly, plug and stratified. An analytical model for the heat transfer process in small diarneter channels was developed, where the liquid film thickness and the meniscus curvature could be observed: annular, bubbly, plug and stratified. An analytical model for the heat transfer process in small diarneter channels was developed, where the liquid film thickness and the meniscus curvature could be calculated. This mo de! showed good correlation with what was o bserved during the experimental tests. Thus, it is possible to conclude that heat exchangers with small diarneter channels present a new option for future designs due to its compact form and high heat dissipation capability. The developed correlations and analytical model can be used as a tool for new designs.
 
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Publishing Date
2024-06-04
 
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