Heat Transfer and Flow Characteristics of Refrigerant R134a during Boiling Inside a Plate Heat Exchanger with a Copper Foam Insert ลักษณะเฉพาะการถ่ายเทความร้อนและการไหลของสารทำความเย็น R134a ขณะเดือดภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นแทรกโฟมทองแดง

Abstract

บทความนี้ศึกษาผลกระทบของฟลักซ์มวลและคุณภาพไอของสารทำความเย็นและการแทรกโฟม ทองแดงภายในช่องทางการไหลที่มีต่อการถ่ายเทความร้อนและความดันลดของสารทำความเย็น R134a ขณะเดือดภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นแทรกโฟมทองแดง โดยทำการทดสอบภายใต้สภาวะอุณหภูมิอิ่มตัว 15 °C ฟลักซ์ความร้อน 20 kW/m² คุณภาพไอเฉลี่ยระหว่าง 0.25–0.87 และฟลักซ์มวล 10.8–32.5 kg/m²s โฟม ทองแดงที่ใช้มีความหนาแน่นรูพรุน 40 PPI และความพรุน 0.932 ผลการทดลองพบว่าการเพิ่มขึ้นของคุณภาพไอเฉลี่ยและฟลักซ์มวลส่งผลทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและความดันลดเพิ่มขึ้น การแทรกโฟมทองแดงมีผลกระทบอย่างมากต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและความดันลด โดยมีค่าเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 21.7 % และ 22.0% ตามลำดับ การประเมินสมรรถนะเชิงความร้อนพบว่าการแทรกโฟมทองแดงส่งผลให้ค่าสมรรถนะเชิงความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเพิ่มขึ้น 13.7 % (ที่ฟลักซ์มวล = 16.2 kg/m2 s) เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่ไม่มีการแทรกโฟมทองแดง งานวิจัยนี้ช่วยให้มีความรู้ ความเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับการปรับปรุงสมรรถนะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นโดยการใช้โฟมทองแดง ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูงในอนาคต 

This article studies the effects of mass flux, vapor quality of the refrigerant, and the insertion of copper foam inside the flow channel on the heat transfer and pressure drop of refrigerant R134a during boiling in a plate heat exchanger with a copper foam insert. The tests were conducted under conditions of a saturation temperature of 15 °C, a heat flux of 20 kW/m², an average vapor quality between 0.25 and 0.87, and a mass flux between 10.8 and 32.5 kg/m²s. Copper foam with a pore density of 40 PPI and a porosity of 0.932 was used. The experimental results revealed that an increase in average vapor quality and mass flux led to an increase in the heat transfer coefficient and pressure drop. The insertion of copper foam had a significant effect on the heat transfer coefficient and pressure drop, with average increases of 21.7% and 22.0%, respectively. The thermal performance evaluation indicated that the insertion of copper foam (at mass flux = 16.2 kg/m2 s) resulted in a 13.7 % increase in the thermal performance of the plate heat exchanger compared to the plate heat exchanger without the copper foam insert. This research provides a better understanding of improving the performance of the plate heat exchangers using copper foam, which can be applied to the design of high-efficiency compact plate heat exchangers in the future.