Ebulição de CO2 em escoamento horizontal em um tubo convencional e em minicanais paralelos

Abstract

O presente estudo trata da investigação experimental da ebulição convectiva de CO2 no interior de um tubo de 4,57 mm de diâmetro e em minicanais paralelos de seção transversal quadrada de 2 mm, operando com velocidades máximas na faixa de 100 a 1000 kg/(m2s ), pressão de 2 a 4 MPa e fluxos de calor de até 85 kW/m2. Uma filmadora digital de alta velocidade permitida gravação dos padrões de escolha na seção de teste com minicanais paralelos. O coeficiente de transferência de calor para o tubo convencional (diâmetro de 4,57 mm), nas velocidades máximas de 660 e 900 kg/(m2s) e fluxos de calor de até 75 kW/m2 apresentaram combustão, porém em níveis de vapor entre 10% e 20%, o coeficiente começou a diminuir muito antes da secagem da parede, sendo a ebulição nucleada o mecanismo dominante de transferência de calor nestas situações. Nos testes em minicanais paralelos (diâmetro equivalente a 2,26 mm), o coeficiente de transferência de calor mostrou uma influência específica do fluxo de calor e pouca dependência da variação do título de vapor, o que indica a dominância da ebulição nucleada sobre a ebulição convectiva. As imagens obtidas neste estudo mostram sítios de nucleação ativa, na superfície dos minicanais, mesmo nas películas de líquido, deixando não haver, para a faixa de níveis evidenciados, supressão da ebulição nucleada. A comparação dos coeficientes de transferência de calor, obtidos experimentalmente, com aquelas previstas por três correlações propostas

Abstract: The present study deals with the experimental investigation of flow boiling of CO2 inside a 4.57 mm diameter tube and parallel 2 mm square cross section minichannels, operating with mass velocities ranging from 100 to 1000 kg/(m2s), pressures from 2 to 4 MPa, heat fluxes up to 85 kW/m2. A high-speed camera allowed recordings of flow patterns during boiling flow inside a parallel minichannels test section. The heat transfer coefficient for the conventional tube (diameter of 4.57 mm), mass velocities of 660 and 900 kg/(m2s) and heat fluxes of up to 75 kW/m2 showed an increase, but for vapor qualities between 10% e 20%, the coefficient began to decrease before drying of the wall, with the nucleate boiling regime being the dominant heat transfer mechanism. For the parallel minichannels (equivalent diameter of 2.26 mm), the heat transfer coefficient showed a considerable dependence on the heat flux and little dependence on the variation of the vapor quality, which indicates a dominance of the nucleate boiling over the convective boiling. The images obtained in this study show active nucleation sites on the surface, even for thin liquid films, indicating no suppression of nucleate boiling for the parallel minichannels. In the comparative results between the heat transfer coefficients obtained experimentally and those predicted by correlations, the best mean absolute error was 21%.