تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

بهبود عملکرد چرخة تبرید تراکمی با تغییر فرآیند ساخت مبدل خط مکش از آرایش مماسی به هم‌مرکز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 طراحی مهندسی و خودکفایی سیستم خنک‌کاری، شرکت ساپکو، تهران، ایران
2 طراحی مهندسی و خودکفایی سیستم هوارسانی، شرکت ساپکو، تهران، ایران
چکیده
در فرآیند طراحی، تولید و بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی مورد استفاده در چرخه‌‌های تبرید تراکمی، تحلیل دقیق انتقال‌حرارت و رفتار جریان سیال نقش مهمی در افزایش بازده انرژی و بهبود عملکرد سامانه‌ ایفا می‌کند. یکی از چالش‌های اساسی در این زمینه، بررسی تأثیر تغییرات ضریب کلی انتقال حرارت بر عملکرد حرارتی مبدل و بازده‌ نهایی چرخه تبرید است. در این پژوهش، طراحی و شبیه‌سازی عددی جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی از نوع لولة موئین-خط مکش با دو آرایش هندسی مختلف، شامل آرایش مماسی و هم‌مرکز، به کمک نرم‌افزارکامسول 5.5 و الگوی دریفت فلاکس برای جریان دو‌حالتی انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که آرایش هم‌مرکز به دلیل کمتر بودن مقاومت حرارتی، دارای ضریب انتقال حرارت بالاتری نسبت به آرایش مماسی است. همچنین، در هر دو هندسه، افت فشار در ناحیة تک‌‌حالت به صورت خطی بوده و با ورود به ناحیة دو‌حالتی، به دلیل حضور افت شتابی، به شدت افزایش می‌یابد. در آرایش هم‌مرکز به دلیل بزرگ‌تر بودن قطر داخلی لولة موئین، افت فشار کلی کمتر بوده و پدیدة خفگی جریان دیرتر از آرایش مماسی رخ می‌دهد. این نوع مبدل علاوه بر جلوگیری از برگشت مایع مبرد به متراکم‌کننده، موجب کاهش کیفیت بخار ورودی به تبخیرکننده‌ و در نتیجه افزایش بازده‌ آن می‌گردد. براساس نتایج شبیه‌سازی، ضریب انتقال حرارت در آرایش هم‌مرکز به‌طور میانگین تا چهار برابر بیشتر از آرایش مماسی اندازه‌گیری شد. نتایج این تحقیق می‌تواند مبنایی برای طراحی بهینه مبدل‌های حرارتی در سامانه‌های سرمایشی و تهویه مطبوع باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Enhancing the performance of a vapor compression refrigeration cycle by modifying the manufacturing process of the SLHX heat exchanger: transition from tangential to concentric configuration

نویسندگان English

Mohammad Jafar Nayeri 1
Ali Moghadam 1
Mahdi Kalantari 2
1 Engineering Design for the Engine Cooling System, SAPCO, Tehran, Iran
2 Engineering Design for the Air Intake system, SAPCO, Tehran, Iran
چکیده English

In the process of designing, manufacturing, and optimizing heat exchangers used in vapor-compression refrigeration cycles, accurate analysis of heat transfer and fluid flow behavior plays a crucial role in improving energy efficiency and overall system performance. One of the main challenges in this area is investigating the impact of variations in the overall heat transfer coefficient on the thermal performance of the exchanger and the final efficiency of the refrigeration cycle. In this study, numerical modeling and simulation of fluid flow and heat transfer in a Suction-Line Heat Exchanger (SLHX) with two different geometric configurations—tangential and concentric—were conducted using COMSOL Multiphysics 5.5 and the drift-flux model for two-phase flow. The results show that the concentric configuration exhibits a higher heat transfer coefficient due to lower thermal resistance compared to the tangential design. In both configurations, pressure drop is linear in the single-phase region and increases sharply in the two-phase region due to accelerational losses. In the concentric configuration, due to the larger inner diameter of the capillary tube, the total pressure drop is lower, and flow choking occurs later than in the tangential arrangement. This type of heat exchanger not only prevents liquid refrigerant from returning to the compressor but also reduces the vapor quality at the evaporator inlet, enhancing its efficiency. Based on the simulation results, the average heat transfer coefficient in the concentric configuration was measured to be up to four times higher than in the tangential configuration. These findings can serve as a reference for optimal heat exchanger design in cooling and air-conditioning systems.

کلیدواژه‌ها English

Refrigeration Cycle Performance
Single-Phase/Two-Phase Flow
SLHX Heat Exchanger
Heat Transfer Coefficient
[1]  Zolfaghari AR, Ebrahimi-Naghani P, Nayeri MJ. Cooling generation and distribution methods in air conditioning systems. 2nd ed. Tehran: Noavaran; 2018. [In Persian]
[2] Güngör U, Hoşöz M. R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANI KULLANAN İÇ ISI DEĞİŞTİRİCİLİ BİR OTOMOBİL KLİMA SİSTEMİNİN PERFORMANSININ R134A’LI SİSTEM İLE KARŞILAŞTIRILMASI. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi.;29(3):783-802. doi: 10.17482/uumfd.1525619 [In Turkish]
[3] Alkan A. Experimental study on the impact of indoor unit airflow velocity on the performance of an automotive heat pump system with a suction line heat exchanger. Heliyon. 2024 Sep 15;10(17). doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e36719
[4]  Zareh M, Khayat M, Fouladi H. Numerical simulation of two phase refrigerant flow through non-adiabatic capillary tubes using drift flux model. Journal of Mechanical Science and Technology. 2018 Jan;32(1):381-9. doi: 10.1007/s12206-017-1238-2
[5] Güngör U, Hoşöz M. R1234YF S soğutucu akışkanı kullanan iç ısı değiştiricili bir otomobil klima sisteminin performansının R134A’lı sistem ile karşılaştırılması. 2024. doi: 10.17482/uumfd.1525619 [In Turkish]
[6] Goudarzi K, Azizi G. Effect of the tube insert in vehicle radiator on thermal performance. The Journal of Engine Research. 2022 Nov 27;29(29):39-46. [In Persian]
[7] Mehdipour R, Baniamerian Z, Sakhaei B. Mathematical simulation of a vehicle radiator by genetic algorithm method and comparison with experimental data. The Journal of Engine Research. 2022 Nov 27;30(30):15-23.
[8] Chen D, Lin S. Underpressure of vaporization of refrigerant R-134a through a diabatic capillary tube. International Journal of refrigeration. 2001 May 1;24(3):261-71. doi: 10.1016/S0140-7007(00)00019-0
[9] Seixlack AL, Navas RA. Modeling of transient flow through capillary tube-suction line heat exchangers. InInternational Heat Transfer Conference 13 2006. Begel House Inc.
[10] Cabello R, Andreu-Nácher A, Sánchez D, Larrondo R. Energy influence of the internal heat exchangers placement in a cascade refrigeration plant. A theoretical and experimental analysis. Applied Thermal Engineering. 2024 May 1;244:122690. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2024.122690

  • تاریخ دریافت 10 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 21 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 09 خرداد 1404