Characteristics ofHFC-134a flowing through short-tube orifices

คุณลักษณะการไหลของสารทำความเย็น HFC-134a ผ่านออริฟิซชนิดท่อสั้น

Name: Kitti Nilpueng

Name: กิตติ นิลผึ้ง

keyword: Short-Tube Orifice

Abstract: The short-tube orifice is one type of expansion device popularly used in residential and automotive air-conditioning systems. The advantages of the short-tube orifice are simplicity, low initial cost, and low starting torque of the compressor. The short-tube orifice is made from extremely small bore hollow brass ingots with diameters of 1-2 mm and LID =3-35. Although the short-tube orifice's physical configuration is very simple, the flashing flow behaviours inside the tube are complicated. Therefore, a clear understanding of the flow mechanisms of the refrigerant through a short-tube orifice is very useful and important for designing the air-conditioning system to obtain the optimum condition. In the present study, the flashing flow mechanism of the new HFC refrigerants, including HFC-134a and HFC-410A through short-tube orifices that have been developed for use as alternatives to chlorofluorocarbon (CFC) and hydrochlorofluorocarbon (HCFC) refrigerants are presented. The effects of upstream pressure, downstream pressure, degree of subcooling, channel orientation, short-tube orifice diameter and short-tube orifice length on the refrigerant flow behavior, i.e., including pressure distributions, temperature distributions, flow pattern, metastable flow, choked flow and mass flow rate are investigated. Short-tube orifice diameters ranging between 0.605 and 1.2 mm with length-to-diameter ratios ranging between 2 and 33 are used in the experiments. Two groups of short-tube orifices are used in the experiment. The first is used to visualise the flow pattern. The second is used to measure temperature and pressure distributions along the short-tube orifice. For HFC134a, the test runs are performed at upstream pressure ranging between 900 and 1300 kPa, downstream pressure ranging between 300 and 400 kPa, and degree of subcooling ranging between 1 and 12?C. For HFC-410A, the experiments are done at upstream pressures ranging between 2100 and 2600 kPa, downstream pressures ranging between 1000 and 1250 kPa and degree of subcooling between 4 and 12?C. The experimental results show that metastable flow and choked flow phenomena exist inside the shorttube orifices over the whole range of experimental conditions. The metastable liquid flow region increases with increasing degree of subcooling and upstream pressure. The results of pressure distribution inside the short-tube orifices indicate that accelerational pressure drop at the inlet and outlet has a significant effect on the total pressure drop across the short-tube orifice. The mass flow rate is directly proportional to the upstream pressure and degree of subcooling, whereas it is strongly affected by the short-tube diameter. The downstream pressure has insignificant effects on the mass flow rate and pressure distribution inside a short-tube orifice. In addition, a numerical model for predicting the flashing flow characteristics of refrigerants through short-tube orifices is also developed. The refrigerant flow behavior inside the short-tube orifice is divided into three regions; subcooled liquid region, metastable liquid region, and two-phase region. In two-phase region, the annular flow pattern is developed based on the conservation of mass, energy, and momentum. The results indicate that the model with the correlation of Lackme (1979) and Miropolskiy et al.(1970) gives the best prediction with mean absolute deviation of 11.86 %. Finally, the selection charts for predicting the mass flow rate through short-tube orifices are proposed for practical application.

Abstract: ออริฟิซท่อสั้นเป็นอุปกร์ขยายตัวชนิดหนึ่งที่นิยมใช้ในระบบปรับอากาศตามบ้านเรือนและรถยนต์ ข้อดีของออริฟิซท่อสั้นคือราคาถูก และใช้แรงบิดของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ขณะเริ่มต้นทำงานต่ำ วัสดุที่ใช้ทำออริฟิซท่อสั้นคือทองเหลืองโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 1 - 2 มิลลิเมตรและอัตรา ส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 3 - 35 แม้ว่าออริฟิซท่อสั้นมีรูปทรงที่เรียบง่ายแต่พฤติ กรรมการไหลของสารทำความเย็นภายในท่อมีความซับซ้อน ดังนั้นการมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ เกี่ยวกับพฤติกรรมการไหลของสารทำความเย็นภายในออริฟิศท่อสั้นจึงมีประโยชน์และสำคัญต่อการ ออกแบบระบบปรับอากาศให้ได้สมรรถนะการทำงานที่เหมาะสม วิทยานิพนะนี้จึงได้ศึกษาพฤติ กรรมการไหลของสารทำความเย็น HFC-134a และ HFC-410A ซึ่งเป็นสารทำความเย็นที่ถูกพัฒนา นำมาใช้ทดแทนสารทำความเย็นในกลุ่มคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) และไฮโดรคลอโรฟลูออ โรคาร์บอน (HCFC) โดยได้ทำการศึกษาถึงผลกระทบของความดันทางด้านเข้า ความดันทางด้าน ออก ระดับองศาเย็นเยือก ทิศทางการไหล เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวออริฟิซท่อสั้นที่มีต่อ พฤติกรรมการไหลของสารทำความเย็นซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงความดัน การเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิ รูปแบบการไหล การไหลอุปเสถียร การไหลอุดตัน และอัตราการไหลออริฟิซท่อสั้นที่ ใช้ทดสอบมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.605-1.2 มิลลิเมตร และอัตราส่วนความยาวต่อเส้น ผ่านศูนย์กลางระหว่าง 2-33 ในการทดสอบออริฟิซท่อสั้นสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม โดยใน กลุ่มแรกถูกออกแบบเพื่อสังเกตรูปแบบการไหลภายในออริฟิซท่อสั้น ในกลุ่มที่สองได้ถูกออก แบบสำหรับวัดการเปลี่ยนแปลงความดันและอุณหภูมิภายในออริฟิซท่อสั้น สภาวะในใช้ในการ ทดลองคือความดันทางด้านเข้าระหว่าง 900-1300 กิโลปาสคาล ความดันทางด้านออกระหว่าง 300-400 กิโลปาสคาล ระดับองศาเย็นเยือกระหว่าง 1-12 องศาเซลเซียส ผลจากการทดลองพบ ว่าการไหลอุปเสถียรและการไหลอุดตันเกิดขึ้นภายในออริฟิซท่อสั้นในสภาวะที่ทำการทดลอง ทั้งหมดความยาวช่วงการไหลอุปเสถียรเพิ่มขึ้นเมื่อความดันทางด้านเข้าและระดับองศาเย็นเยือก มีค่าเพิ่มขึ้นผลการทดลองของการเปลี่ยนแปลงความดันและอุณหภูมิภายในออริฟิซท่อสั้นแสดง ให้เห็นว่าความดันลดมีค่าสูงมากที่บริเวณทางเข้าและทางออกออริฟิซท่อสั้น แต่ความดันลดมีค่า น้อยภายในออริฟิซท่อสั้น อัตราการไหลอของสารทำความเย็นเพิ่มขึ้นเป็นสัดส่วน โดยตรงกับ ความดันทางด้านเข้าและระดับองศาเย็นเยือก ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ออริฟิซท่อสั้นมีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราการไหลของสารทำความเย็น ในทางกลับกันพบว่า อัตราการไหลของสารทำความเย็นเปลี่ยนแปลงน้อยมากเมื่อความดันทางออกลดลง นอกจากนั้น การศึกษานี้ยังได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับทำนายคุณลักษณะการไหลของสาร ทำความเย็นภายในออริฟิซท่อสั้น โดยได้แบ่งพฤติกรรมการไหของสารทำความเย็นออกเป็น 3 ช่วงคือการไหลของของเหลวเย็นเยือก การไหลอุปเสถียร และการไหลสองสถานะ โดยที่รูปแบบ การไหลวงแหวนได้ถูกพัฒนาสำหรับช่วงการไหลสองสถานะบนพื้นฐานจากสมการอนุรักษ์ มวล พลังงาน และโมเมนตัม ผลการคำนวณพบว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ร่วมกับสหสัมพันธ์ ของ Lackme (1979) และ Miroposkiy etal.(1970) สามารถทำนายได้ดีที่สุด โดยให้ค่าเบี่ยงเบน สัมบูรณ์เฉลี่ยเท่ากับร้อยละ 11.86 ผลจากการคำนวณจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้ถูกนำ มาสร้างเป็นแผนภาพสำหรับทำนายอัตราการไหลของสารทำความเย็นภายในออริฟิซท่อสั้น เพื่อความสะดวกต่อการใช้งานในทางปฎิบัติ

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Somchai Wongwises

Role: Advisor

Created: 2010

Modified: 2011-07-11

Issued: 2554-07-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: MEE2097

eng

DegreeName: Doctor of Engineering

Level: Doctoral Degree

Descipline: Mechanical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MEE2097.pdf	1.33 MB	57	2024-12-17 14:38:53
2	MEE2097ab.pdf	83.35 KB	17	2021-07-22 15:29:57

ใช้เวลา

0.037011 วินาที