DESIGN OF AN EXPERIMENTAL SETUP TO VALIDATE FLOW BOILING HEAT TRANSFER CORRELATIONS IN MICROFIN TUBES

Abstract

A necessidade de uma gama mais alargada de resultados experimentais relativos ao coeficiente de transferência de calor do escoamento bifásico em ebulição e a necessidade de uma compreensão mais profunda dos padrões de escoamento bifásico e da forma como estes afetam o coeficiente de transferência de calor para construir correlações mais precisas relativamente aos tubos circulares horizontais micro-alhetados é a grande motivação desta tese. Além disso, verificou-se a falta de resultados experimentais relativamente à gama de funcionamento em que os sistemas ORC funcionam, o que leva a uma incerteza quanto ao comportamento das atuais correlações dos tubos micro-alhetados horizontais e ao impacto no desempenho destes sistemas quando estes são projetados. Para além disso, verificou-se um enorme desfasamento entre o número de correlações e os resultados experimentais entre tubos lisos e tubos de micro-alhetados, tendo sido encontrados resultados experimentais para tubos lisos horizontais relativas à gama de aplicações de interesse de sistemas ORC, mas não uma correlação centrada nos mesmos. Por conseguinte, continua a ser uma área a ser possível de ser estudada.Assim, os tubos micro-alhetados serão o foco deste estudo. Além disso, verificou-se também que as correlações gerais que se baseiam em dados experimentais de outros autores não distinguem a forma como o coeficiente de transferência de calor é obtido experimentalmente, ou seja, se o refrigerante é aquecido por fluido ou por resistências elétricas, sendo esta uma das razões para a falta de precisão inerente ao corpo de uma correlação. Por conseguinte, este facto também será estudado e tido em conta.Por último, tendo em conta as conclusões acima mencionadas, será projetada uma bancada de ensaio capaz de medir o coeficiente de transferência de calor, principalmente para comparar os resultados das correlações que nos são apresentadas pela comunidade científica e para construir uma nova correlação.

The need for a broader range of experimental results regarding the heat transfer coefficient of the two-phase flow boiling and the necessity for a deeper understanding of the two-phase flow patterns and how they affect the heat transfer coefficient to build more accurate correlations regarding horizontal circular microfin tubes is the great motivation of this thesis. Furthermore, it was noticed the lack of experimental results regarding the range of operation in which ORC systems work leading to an uncertainty of how the present correlations of horizontal microfin tubes behave and the impact on the performance of this systems when these are projected. In addition, it was found a tremendous gap between the number of correlations and experimental results between smooth tubes and microfin tubes, being found experimental results for horizontal smooth tubes regarding ORC range of application of interest, but not a correlation focused on ORC systems. Therefore, it remains an area to be further studied.Therefore, the microfin tubes will be the focus of this study. Moreover, it was also found that the general correlations that are based on external experimental data do not distinguish how the heat transfer coefficient is obtained experimentally, or in other words, if the refrigerant is fluid heated or electrically heated, being that one of the reasons for lack of accuracy that are inherent in the body of a correlation. Consequently, this will too be studied and accounted for.Lastly, considering the words above mentioned, a test rig capable of measuring the heat transfer coefficient will be projected mainly to compare the results of the correlations that are presented to us by the scientific community and to build a new correlation.