[논문]낮은 유량에서 외경 9.5 mm 평활관과 마이크로핀관 내 R-404A 증발 열전달 및 압력 손실

김내현

doi:10.5762/kais.2018.19.6.27

[국내논문] 낮은 유량에서 외경 9.5 mm 평활관과 마이크로핀관 내 R-404A 증발 열전달 및 압력 손실
Evaporation Heat Transfer and Pressure Drop of R-404A at Low Flow Rates in 9.5 mm O.D. Smooth and Microfin Tubes 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.6, 2018년, pp.27 - 36

초록
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그간 마이크로핀관 내 증발 열전달 및 압력 손실에 대하여 다수의 연구가 수행되었다. 하지만 대부분의 연구는 에어컨이나 히트 펌프에 사용되는 냉매에 대하여 수행되었고 R-404A에 대해서는 매우 제한된 연구만이 존재한다. R-404A는 근공비혼합냉매로 오존층 파괴와 관련하여 R-502를 대체하여 주로 저온 냉동, 냉장에 사용되고 있다. 본 연구에서는 낮은 질량유속 ($80kg/m^2s$에서 $200kg/m^2s$)에서 외경 9.5 mm 마이크로핀관 내 R-404A 증발 열전달 실험을 수행하였다. 또한 비교를 위해 외경 9.5 mm 평활관에 대한 실험도 수행하였다. 실험 결과 마이크로핀관의 전열촉진비는 질량유속이 증가할수록, 열유속이 감소할수록 증가하였다. 이러한 현상은 마이크로핀에 의한 대류 열전달의 증가와 열유속의 상대적 기여에 의한 것으로 판단된다. 또한 실험 범위에서 마이크로핀관의 마찰손실이 평활관의 마찰손실보다 다소 (최대 28%) 크게 나타났다. 기존 상관식은 저유량 R-404A 열전달계수 및 압력손실을 적절히 예측하지 못하는데 이는 본 실험 범위가 기존 상관식의 범위 밖에 있기 때문으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A significant amount of studies were performed on evaporation heat transfer and pressure drop in microfin tubes. Most studies, however, focused on the refrigerants used in air-conditioners or heat pumps, and very limited information is available on R-404A, which is used in low temperature refrigeration. In this study, the evaporation heat transfer and pressure drop characteristics of R-404A in a 9.5 mm O.D. microfin tube were investigated for the mass flux range from $80kg/m^2s$ and $200kg/m^2s$. A smooth tube of the same outer dimeter was also tested for comparison. The results showed that the heat transfer enhancement ratio of the microfin tube increased with increasing mass flux and the heat flux decreased. The relative contribution of the convective heat transfer and the heat flux on total heat transfer was attributed to the observed trend. The pressure drops of the microfin tube were slightly (maximum 28%) larger than those of the smooth tube. Existing correlations do not adequately predict the measured heat transfer coefficients of pressure drops, probably due to the test range of the present study, which is outside of the existing correlations.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

비교를 위하여 평활관에 대한 실험도 수행하였다. 또한 실험 결과를 기존 상관식들의 예측치와 비교하여 상관식의 적용가능성도 검토하였다.

제안 방법

본 연구에서는 낮은 질량유속 (80 kg/m²s에서 200 kg/m_²s)에서 외경 9.5 mm 마이크로핀관 내 R-404A 증발 열전달 실험을 수행하였다. 실험 중 포화온도는 10°C로 유지하였다.

이론/모형

Newell과 Shah[34]는 마이크로핀관 내 기공율은 대략 평활관과 같다고 보고하였다. 본 연구에서는 Zivi[31]의 기공율 모델을 사용하여 가속손실을 계산하였다.

성능/효과

(1) 마이크로핀 튜브의 전열촉진비는 질량유속이 증가할수록, 열유속이 감소할수록 증가한다. 이러한 현상은 마이크로핀에 의한 대류 열전달의 증가와 열유속의 상대적 기여에 의한 것으로 판단된다.
(2) 실험 범위에서 마이크로핀관의 마찰손실이 평활관의 마찰손실보다 다소 크다 (최대 28%).
(3) 기존 상관식은 저유량 R-404A 열전달계수 및 압력손실을 적절히 예측하지 못하는데 이는 본 실험범위가 기존 상관식의 범위 밖에 있기 때문으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로핀관이 평활관에 비해 갖는 장점은 무엇인가?	마이크로핀관은 가정용 에어컨이나 히트 펌프의 증발기나 응축기에 널리 사용되고 있다[1,2]. 마이크로핀관은 평활관에 비하여 압력손실 대비 전열 촉진 효과가 우수한 것으로 알려져 있다. 마이크로핀관의 증발 열전달 촉진 메카니즘으로는 전열면적의 증가, 핀에 의한 난류유발, 핀 사이에서의 핵 형성 촉진, 성층류에서 환형류로의 조기 천이 등이 있다[3].
	마이크로핀관은 무엇에 사용되고 있는가?	마이크로핀관은 가정용 에어컨이나 히트 펌프의 증발기나 응축기에 널리 사용되고 있다[1,2]. 마이크로핀관은 평활관에 비하여 압력손실 대비 전열 촉진 효과가 우수한 것으로 알려져 있다.
	평활관에서 증발 열전달계수를 측정할 때 높은 질량유속에서 건도가 증가할수록 열전달계수가 증가하나 낮은 질량유속에서 건도가 증가할수록 열전달계수가 감소하는 이유는 무엇인가?	또한 높은 질량유속에서는(G = 200 kg/m2s) 건도가 증가할수록 열전달계수가 증가하나 낮은 질량유속에서는 (G ≤ 100 kg/m2s) 건도가 증가할수록 열전달계수가 감소한다. 이는 낮은 건도에서는 열유속이 지배적이고 건도가 높아질수록 대류 열전달의 영향이 커지는 관 내 증발 열전달의 특성 때문이다[1]. 즉, 높은 질량유속에서는 건도가 증가할수록 대류 열전달의 영향이 상대적으로 크게 나타나 증발 열전달계수가 증가하나 낮은 질량유속에서는 대류 열전달의 영향이 상대적으로 미미하여 증발 열전달계수가 감소한다.

참고문헌 (42)

R. L. Webb, N.-H. Kim, Principles of Enhanced Heat Transfer, 2nd ed., Taylor and Francis Pub., 2005.
S. Laohalertdecha, A. S. Dalkilic, S. Wongwises, "A Review on Heat Transfer Performance and Pressure Drop Characteristics of Various Enhanced Tubes," Int. J. Air-Cond. Refrig., vol. 20, no. 4, 230003, 2012.
J. R. Thome, "Boiling of New Refrigerants: A State-of-the-Art Review," Int. J. Refrig., vol. 19, no. 7, pp. 435-457, 1996. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-7007(96)00004-7

상세보기
K. Fujie, N. Itoh, H. Kimura, N. Nakayama, T. Yanugidi, Heat Transfer Pipe, US Patent 4044479, assigned to Hitachi Ltd., 1977.
Y. Shinohara, M. Tobe, "Development of an Improved Thermofin Tube," Hitachi Cable Review, vol. 4, pp. 47-50, 1985.
K. Yasuda, K. Ohizumi, M. Hori, O. Kawamata, "Development of Condensing Thermofin HEX-C Tube," Hitachi Cable Review, vol. 9, pp. 27-30, 1990.
T. Tsuchida, K. Yasuda, M. Hori, T. Otani, "Internal Heat Transfer Characteristics and Workability of Narrow Thermofin Tubes," Hitachi Cable Review, vol. 12, pp. 97-100, 1993.
L. J. Hamilton, M. A. Kedzierski, M. P. Kaul, "Horizontal Convective Boiling of Pure and Mixed Refrigerants Within a Micro-Fin Tube," J. Enhanced Heat Transfer, vol. 15, no. 3, pp. 211-226, 2008. DOI: https://doi.org/10.1615/JEnhHeatTransf.v15.i3.30

상세보기
Y. Kim, K. Seo, J. T. Chung, "Evaporation Heat Transfer Characteristics of R-410A in 7.0 and 9.52 mm Smooth/Microfin Tubes," Int. J. Refrig., vol. 25, pp. 716-730, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-7007(01)00070-6

상세보기
J. T. Kwon, S. K. Park, M. H. Kim, "Enhanced Effect of a Horizontal Microfin Tube for Condensation Heat Transfer with R-22 and R-410A," J. Enhanced Heat Transfer, Vol. 7, pp. 97-107, 2000. DOI: https://doi.org/10.1615/JEnhHeatTransf.v7.i2.30

상세보기
A. Padovan, D. Del Col, L. Rossetto, "Experimental Study on Flow Boiling of R134a and R410A in a Horizontal Microfin Tube at High Saturation Temperatures," Applied Thermal Engineering, vol. 31, pp. 2814-3826, 2001.
H. Hu, G. Ding, K. Wang, "Heat Transfer Characteristics of R410A-Oil Mixture Flow Boiling Inside a 7mm Straight Microfin Tube, Int. J. Refrig., vol. 31, pp. 1081-1093, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2007.12.004

상세보기
S. M. Sami, D. E. Desjardins, "Prediction of Convective Boiling Characteristics of Alternative to R-502 Inside Air/Refrigerant Enhanced Surface Tubing," Applied Thermal Engineering, vol. 20, pp. 579-593, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-4311(99)00044-7

상세보기
N.-H. Kim, Personal Communication with Icetro Inc., 2017.
N.-H. Kim, H.-W. Byun, J.-W. Lee, "Condensation Heat Transfer and Pressure Drop of R-410A in Three 7.0 mm Outer Diameter Microfin Tubes Having Different Inside Geometries," J. Enhanced Heat Transfer, vol. 20, no. 3, 235-250, 2013. DOI: https://doi.org/10.1615/JEnhHeatTransf.2013007609

상세보기
E. E. Wilson, "A Basis for Rational Design of Heat Transfer Apparatus," Trans. ASME, vol. 37, pp. 47-70, 1915.
S. J. Kline, F. A. McClintock, "The Description of Uncertainties in Single Sample Experiments," Mechanical Engineering, vol. 75, pp. 3-9, 1953.
M. M. Shah, "Chart Correlation for Saturated Boiling Heat Transfer: Equations and Further Study," ASHRAE Trans, vol. 88, Pt. 1, pp. 185-196, 1982.
S. G. Kandlikar, "A General Correlation for Two-Phase Boiling Heat Transfer Coefficient Inside Horizontal and Vertical Tubes," J. Heat Transfer, vol. 112, pp. 219-228, 1990. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2910348

상세보기
K. E. Gungor, R. H. S. Winterton, "Simplified General Correlations for Saturated Flow Boiling and Comparisons of Correlations with Data," Can. J. Chem. Eng., vol. 65, no. 1, pp. 148 - 156, 1987.

상세보기
L. Wojtan, T. Ursenbacher, J. R. Thome, "Investigation of Flow Boiling in Horizontal Tubes: Part II - Development of New Heat Transfer Model for Stratified-Wavy, Dryout and Mist Flow Regimes," Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 48, pp. 2970-2985, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.12.013

상세보기
L. Doretti, C. Zilio, S. Mancin, A. Cavallini, "Condensation Flow Patterns Inside Plain and Microfin Tubes: A Review," Int. J. Refrig., vol. 36, pp. 567-587, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.10.021

상세보기
S. Koyama, J. Yu, S. Momoki, T. Fujii, H. Honda, "Forced Convective Flow Boiling Heat Transfer of Pure Refrigerants Inside a Horizontal Microfin Tube," Proc. of Engineering Foundation Conference on Convective Flow Boiling, ASME, Banff, Canada, 1995.
O. Kido, M. Taniguchi, T. Taira, H. Uehara, "Evaporation Heat Transfer of HCFC22 Inside an Internally Grooved Horizontal Tube," Proc. of ASME/JSME Thermal Engineering Conference, vol. 2, pp. 323-330, 1995.
J. R. Thome, N. Kattan, D. Favrat, "Evaporation in micro-fin tubes: A generalized prediction model," Proc. of Convective Flow and Pool Boiling Conf., Kloster Irsee, Paper VII-4, 1977.
M. Goto, N. Inoue, N. Ishiwatari, "Condensation and Evaporation Heat Transfer of R-410A Inside Internally Grooved Horizontal Tubes," Int. J. Refrig., vol. 24, pp. 628-638, 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-7007(00)00087-6

상세보기
T. A. Newell, R. K. Shah, "An Assessment of Refrigerant Heat Transfer, Pressure Drop and Void Fraction Effects in Microfin Tubes," Int. J. HVAC&R, vol. 7, no. 2, pp. 125-153, 2001. DOI: https://doi.org/10.1080/10789669.2001.10391267

상세보기
R. Yun, Y. Kim, K. Seo, H. Y. Kim, "A Generalized Correlation for Evaporation Heat Transfer of Refrigerants in Microfin Tubes," Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 45, pp. 2003-2010, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(01)00321-0

상세보기
L. M. Chamra, P. J. Mago, "Modeling of Evaporation Heat Transfer of Pure Refrigerants and Refrigerant Mixtures in Microfin Tubes," Proc. of Institution on Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 221, pp. 443-454, 2007. DOI: https://doi.org/10.1243/0954406JMES131
J. G. Collier, J. R. Thome, Convective Boiling and Condensation, 3rd ed., Oxford University Press, 1994.
S. M. Zivi, "Estimation of Steady-State Steam Void Fraction by Means of the Principle of Minimum Entropy Production," J. Heat Transfer, vol. 68, pp. 247-252, 1964. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3687113
S. L. Smith, "Void Fraction in Two-Phase Flow: A Correlation Based Upon an Equal Velocity Head Model," Inst. Mech. Eng., vol. 184, pp. 647-657, 1969-1970. DOI: https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1969_184_051_02
Z. Rouhani, E. Axelsson, "Calculation of Void Volume Fraction in the Subcooled and Quality Boiling Regions," Int. J. Heat Mass Trans., vol. 13, pp. 383-393, 1970. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(70)90114-6

상세보기
T. A. Newell, R. K. Shah, "An Assessment of Refrigerant Heat Transfer, Pressure Drop and Void Fraction Effects in Microfin Tubes, Int. J. HVAC&R Research, vol. 7, no. 2, pp. 125-153, 2001. DOI: https://doi.org/10.1080/10789669.2001.10391267

상세보기
L. Friedel, "Improved Pressure Drop Correlations for Horizontal and Vertical Two-Phase Pipe Flow," 3R Int., vol. 18, pp. 485-492, 1979.
H. Muller-Steinhagen, K. Heck, "A Simple Friction Pressure Drop Correlation for Two-Phase Flow in Pipes," Chem. Eng. Processing, vol. 20, pp. 297-308, 1986. DOI: https://doi.org/10.1016/0255-2701(86)80008-3

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D. Jung, R. Radermacher, "Prediction of Pressure Drop During Horizontal Annular Flow Boiling of Pure and Mixed Refrigerants," Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 32, no. 12, pp. 2435-2446, 1989. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(89)90203-2

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J. Moreno Quiben, J. R. Thome, "Flow Pattern Based Two-Phase Frictional Pressure Drop Model for Horizontal Tubes, Part II: New Phenomenological Model," Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 28, pp. 1060-1072, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2007.01.004

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C. S. Kuo, C. C. Wang, "Horizontal Flow Boiling of R22 and R407C in a 9.52 mm Micro-Fin Tube," Applied Thermal Eng., vol. 16, no. 8, pp. 719-731, 1996. DOI: https://doi.org/10.1016/1359-4311(95)00076-3

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A. Cavallini, D. Del Col, L. Doretti, G. A. Longo, L. Rossetto, "Pressure Drop During Condensation and Vaporization of Refrigerants Inside Enhanced Tubes," Heat and Technology, vol. 15, no. 1, pp. 3-10, 1997.

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J. Y. Choi, M. A. Kedzierski, P. A. Domanski, "Generalized Pressure Drop Correlation for Evaporation and Condensation in Smooth and Microfin Tubes," Proc. of IIF-IIR Commission B1, Paderborn, Germany, B4, pp. 9-16, 2001.
E. P. Bandarra Filho, J. M. Saiz Jabardo, P. E. Lopez Barbieri, "Convective Boiling Pressure Drop of Refrigerant R-134a in Horizontal Smooth and Microfin Tubes", Int. J. Refrig, vol. 27, pp. 895-903, 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2004.04.014

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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