สมรรถนะการถ่ายโอนความร้อนของหม้อต้มเทอร์โมไซฟอนวงจรปิด
The heat transfer performance of a close loop thermosyphon boiler
Abstract
หม้อต้มเทอร์โมไซฟอนวงจรปิดเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่มีลักษณะการทำงานเหมือนกับเทอร์โมไซฟอนชนิดวงจร การวิจัยครั้งนี้เพื่อศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอีวาโปเรเตอร์เป็นหม้อต้มและมีปริมาตรมากกว่า 95 เปอร์เซนต์ของปริมาตรรวมทั้งหมด โดยใช้น้ำ เอทานอล และอะซิโตน เป็นสารทำงาน หม้อต้มเทอร์โมไซฟอนวงจรปิดทำด้วยวัสดุทองแดงทั้งระบบมีปริมาตรช่องว่างรวมทั้งหมดเท่ากับ 3.14×10-3 ลูกบาศก์เมตร ทำการทดสอบสมรรถนะแบบควบคุมฟลักซ์ความร้อนให้คงที่ในช่วง 50–120 กิโลวัตต์/ตารางเมตรคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิและอัตราการไหลเชิงมวลคงที่ ผลการทดลองพบว่าสารทำงานต่างชนิดกันมีผลต่อสมรรถนะในการถ่ายโอนความร้อนแตกต่างกัน โดยเมื่อพิจารณาด้วยค่าความต้านทานความร้อนรวม (Z) จะพบว่าอะซิโตนจะให้สมรรถนะในการถ่ายโอนความร้อนสูงกว่าเอทานอลและน้ำเมื่อฟลักซ์ความร้อนไม่เกิน 80 กิโลวัตต์/ตารางเมตร นอกจากนี้ยังพบว่าน้ำจะให้สมรรถนะในการถ่ายโอนความร้อนสูงกว่าอะซิโตนและเอทานอลเมื่อฟลักซ์ความร้อนสูงกว่า 90 กิโลวัตต์/ตารางเมตร
Closed loop thermosyphon boiler (CLTSB) is a heat exchanger that operates the same as the closed loop thermosyphon. This research aims to compare the performance of heat exchange with evaporator as a boiler and volume more than 95 percent of the total volume by using water ethanol and acetone as the working fluid. CLTSB made from copper material with the whole system has a total space volume of 3.14 × 10–3 m3. The performance tests were performed using constant heat flux in the range of 50–120 kW/m2 and condenser cooled by water with the constant temperature and mass flow rate. The results showed that the different working fluid affected the heat transfer performance differently. When considering the total thermal resistance (Z), it was found that the acetone gives a higher heat transfer performance than ethanol and water when the heat flux is below 80 kW/m2. In addition, it was found that the water gives a higher heat transfer performance than those of acetone and ethanol when the heat flux is higher than 90 kW/m2.
Keywords
[1] T. Sukchana, “Design, construction and testing of a horizontal thermosyphon boiler,” KMUTT Research and Development Journal, vol. 43, no. 1, pp. 67–78, 2020 (in Thai).
[2] B. Aghel, M. Rahimi, and S. Almasi, “Heat transfer enhancement of two‑phase closed thermosyphon using a novel cross‑flow condenser,” Heat Mass Transfer, vol. 53, pp. 765–773, 2017.
[3] D. Jafari, P. Marco, S. Filippeschi, and A. Franco, “An experimental investigation on the evaporation and condensation heat transfer of two-phaseclose thermosyphons,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 88, pp. 111–123, 2017.
[4] Z. Lataoui and A. Jemni, “Experimental investigation of a stainless steel two-phase closed thermosyphon,” Applied Thermal Engineering, vol. 121, pp. 721–727, 2017.
[5] Y. Naresh and C. Balaji, “Experimental investigations of heat transfer from an internally finned two phase closed thermosyphon,” Applied Thermal Engineering, vol. 112, pp. 1658–1666, 2017.
[6] Y. Kim, D.H. Shina, J.S. Kim, S.M. Youb, and J. Leea, “Boiling and condensation heat transfer of inclined two-phase closed thermosyphon with various filling ratios,” Applied Thermal Engineering, vol. 145, pp. 328–342, 2018.
[7] S. Chen and J. Yang, “Loop thermosyphon performance study for solar cells cooling,” Energy Conversion and Management, vol. 121, pp. 297–304, 2016.
[8] E. Gedik, “Experimental investigation of the thermal performance of atwo-phase closed thermosyphon at different operating con-ditions,” Energy and Buildings, vol. 127, pp. 1096–1107, 2016.
[9] T. Sukchana and V. Thadniam, “Effect of position of evaporator and condenser on heat transfer performance of R-134a loop thermosyphon,” UBU Engineering Journal, vol. 12, no. 1, pp. 25–33, 2019 (in Thai).
[10] T. Sukchana, “Heat transfer performance of a single-pipe thermosyphon with adiabatic length of 7.5Le employing environmentally friendly refrigerant as a working fluid,” KMUTT Research and Development Journal, vol. 42, no. 4, pp. 345–388, 2019 (in Thai).
[11] T. Sukchana, “Study of heat transfer performance of a loop thermosyphon using an environmentfriendly refrigerants as a working fluid,” The Journal of KMUTNB, vol. 30, no. 2, pp. 199–208, 2020 (in Thai).
[12] T. Sukchana and N. Pratinthong, “Effect of bending position on heat transfer performance of R-134a two-phase close loop thermosyphon with an adiabatic section using flexible hoses,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 114, pp. 527–535, 2017.
[13] Z. Tong, X. H. Liu, and Y. Jiang, “Three typical operating states of an R744 two-phase ther-mosyphon loop,” Applied Energy, vol. 206, pp. 181–192, 2017.
[14] Z. Tong, X. H. Liu, and Y. Jiang, “Experimental study of the self-regulating performance of an R744 two-phase thermosyphon loop,” Applied Energy, vol. 186, pp. 1–12, 2017.
[15] A.A. Chehade, H. Louahlia-Gualous, S. Le Masson, I. Victor, and N. Abouzahab-Damaj, “Experimental investigation of thermosyphon loop thermal performance,” Energy Conversion and Management, vol. 84, pp. 671–680, 2014.
[16] Z. Q. Long and P. Zhang, “Impact of cooling condition and filling ratio on heat transfer limit of cryogenic thermosyphon,” Cryogenics, vol. 52, pp. 66–76, 2012.
[17] Z. Q. Long and P. Zhang, “Heat transfer characteristics of thermosyphon with N2–Ar binary mixture working fluid,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 63, pp. 204–215, 2013.
[18] K. G. Kannan and R. Kamatchi, “Augmented heat transfer by hybrid thermosyphon assisted thermal energy storage system for electronic cooling,” Journal of Energy Storage, vol. 27, pp. 1–10, 2020.
[19] L. Zied and J. Abdelmajid, “Experimental investigation of a stainless steel two-phase closed thermosyphon,” Applied Thermal Engineering, vol. 121, pp. 721–727, 2017.
[20] Y.Naresh and C. Balaji, “Thermal performance of an internally finned two phase closed thermosyphon with refrigerant R134a: A combined experimental and numerical study,” International Journal of Thermal Sciences, vol. 126, pp. 281–293, 2018.
[21] Y. Naresh and C. Balaji, “Experimental investigations of heat transfer from an internally finned two phase closed thermosyphon,” Applied Thermal Engineering, vol. 112, pp. 1658–1666, 2017.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.03.011
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all