Skip to main content
SUPERVISOR
محمود یعقوبی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Amini
محمد امینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Experimental Study of Natural Frost Formation over a Plate Fins Heat Exchanger
In refrigeration and air conditioning industries, to enhance heat transfer particularly in the evaporators, fin-and-tube heat exchangers are widely used. Due to low temperatures in such systems generally frost formation on such heat exchangers takes places. Frost formation and growth over any surface will influence the system operation and performance and it reduces heat transfer between the heat exchanger surface and ambient environment. Design of such systems requires the detail understanding of the frost nucleation, growth and shape with respect to time on various position of any surface such as plate fin and tube heat exchangers. Frost formation is studied extensively but from the review of the literature, it is observed that few reports about frost formation on plate fin and tube heat exchanger by natural convection are available. In this study attempt is made to investigate experimentally the performance of a plate fin and tube heat exchanger for variant refrigerant temperature and ambient conditions. Experiments are carried out in a special constructed control room. For experiments the refrigerant mean temperatures varies between -10 °C and -20 °C, ambient temperatures between 20 °C and 30 °C and relative humidity varied between 50 % and 70 %. In these experiments, variation of each parameter is studied while the others are kept constant. The results include changes of frost thickness and its impact on heat transfer rate under different environmental conditions. Frost thickness varies due to changes of velocity, temperature and concentration boundary layers over the heat exchanger and also with respect to time. By increasing of relative humidity and decreasing of refrigerant temperature, the thickness of frost increases but by increasing of ambient temperature up to 30 degree centigrade, frost thickness increases, but for higher ambient temperatures, frost thickness is not increased considerable. Also frost thickness at higher position of the fins is more than lower position. The rate of heat transfer initially increases and then decreases until reaches to a nearly a constant value. By increasing of each parameter of the ambient conditions, the rate of heat transfer increases. For practical applications dimensionless empirical correlations are developed for the frost thickness and the rate of heat transfer according to experimental data. A modeling of mass transfer is done by use of heat and mass analogy, assuming supersaturation condition on frost layer and good agreement is observed between the results of modeling and experimental measurement. Key words: Natural convection, Frost formation, Fin and tube heat exchanger, Environmental parameters.
در صنایع تبرید و تهویه مطبوع به طور عمده مبدل های لوله و پره به عنوان اواپراتور مورد استفاده واقع می شوند. روی سطح این مبدل ها بدلیل دمای پایین، در بسیاری از موارد برفک تشکیل می شود. برفک تشکیل شده بر روی پره ها عملکرد سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد و باعث کاهش انتقال حرارت بین سیستم و محیط اطراف می شود. جهت طراحی چنین سیستم هایی از نظر برفک زدایی و افزایش انتقال حرارت نیاز به دانستن جزییات روند تشکیل برفک بر روی چنین مبدل هایی می باشد. مروری بر کارهای گذشته نشان می دهد که کار های بسیار اندکی بر روی چنین مبدل هایی در جریان جابجایی طبیعی صورت گرفته است. بنابراین در این پژوهش سعی شده است به صورت تجربی عملکرد یک نوع از مبدل های لوله وپره صفحه ای در شرایط مختلف محیطی و همچنین دمای مبرد مورد بررسی قرارگیرد. برای انجام آزمایشات از اتاق کنترل مخصوصی که می تواند شرایط دلخواه را تامین نماید، استفاده شده است. با بهره گیری از تجهیزات سرمایش، گرمایش و رطوبت زنی، شرایط کنترل شده مانند رطوبت نسبی محیط بین 50% تا 70%، دمای هوای محیط بین °C 20 تا °C30 و دمای متوسط مبرد بین °C20- تا °C10- تغییر داده شده است. در هر موردیک متغیر هنگامی که سایرمتغیر ها ثابت بوده تغییر داده شده و اثرات آن مطالعه و بررسی شده است. نتایج شامل نحوه ی رشد برفک، تغییرات ضخامت برفک و تاثیر آن روی میزان انتقال حرارت بین مبدل و محیط اطراف می باشد. ضخامت لایه ی برفک به واسطه ی تغییرات ضخامت لایه های مرزی سرعت، گرما و غلظت متغیر است. با افزایش رطوبت نسبی و کاهش دمای مبرد، ضخامت لایه ی برفک افزایش می یابد اما با افزایش دمای محیط، تادمای حدود زیر 30 درجه سانتی گراد رشد برفک افزایش و در دماهای بالاتر، عدم رشد ضخامت لایه ی برفک مشاهده شده است. همچنین ضخامت لایه ی برفک در قسمت های بالای مبدل بیشتر از پایین آن است. نرخ انتقال حرارت در ابتدای آزمایش افزایش و سپس کاهش یافته تا به مقدار تقریبا ثابتی می رسد. با افزایش هر کدام از شرایط محیطی نرخ انتقال حرارت نیز افزایش می یابد. بر اساس داده های آزمایش رابطه های تجربی بدون بعد برای تغییرات ضخامت لایه ی برفک و نرخ انتقال حرارت بر اساس داده های تجربی ارائه گردیده است. مدل سازی انتقال جرم با استفاده از روش تشابه با انتقال حرارت با فرض شرایط فوق اشباع بر روی لایه ی برفک صورت گرفته است و نتایج حاصل از مدل سازی انطباق خوبی با داده های تجربی از نظر رشد برفک با زمان دارد. کلمات کلیدی: جابجایی طبیعی، تشکیل برفک، مبدل لوله و پره، شرایط محیطی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی