Optimizing a small-channel evaporator by controlling the refrigerant distribution
Optimisation d'un évaporateur à mini-canaux par la maitrise de la distribution en fluide frigorigène
Résumé
The purpose of this study is the distribution optimization of a two-phase fluid in a small-channel evaporator. A measurement method, based on infrared thermography, was developed to characterize the heat transfer distribution over the heat exchanger wall, which is representative of the fluid distribution. This method was validated on a small-channel evaporator model with a single-phase fluid, and then with an air-water mixture. The influence of flow rate and quality on the fluid distribution has been studied, along with the orientation of the exchanger. It was revealed that the distribution in the heat exchanger is highly dependent on the inertia of the liquid phase of the fluid. The introduction of a porous body in the header limits this effect. A numerical simulation tool for the distribution of two-phase fluid (air-water and refrigerant) in an evaporator has been developed and was validated by experimental results.
L'objet de cette étude est l'optimisation de la distribution d'un fluide diphasique dans un évaporateur compact à mini-canaux. Une méthode de mesure, basée sur la thermographie infrarouge, a été développée pour caractériser la distribution des échanges thermiques en paroi de l'échangeur, représentatifs de la distribution du fluide. Cette méthode a été validée sur une maquette d'évaporateur à mini-canaux avec un fluide monophasique, puis avec un mélange eau-air. L'influence des débits et des titres en gaz du fluide sur la distribution a été étudiée, ainsi que l'orientation de l'échangeur. Il a été mis en évidence que la distribution dans l'échangeur est fortement dépendante de l'inertie de la phase liquide du fluide. L'introduction d'un corps poreux dans le distributeur permet de limiter cet effet. Un outil de simulation numérique de la distribution du fluide diphasique (eau-air et fluide frigorigène) dans un évaporateur a été développé puis validé par des résultats expérimentaux.% Ces essais ont mis en évidence l'importance majeure de l'inertie de la phase liquide sur la distribution des échanges. Un corps poreux a donc été inséré dans le distributeur, de façon à briser l'élan de la phase liquide. Les résultats montrent l'effet bénéfique obtenu, pour une augmentation des pertes de charge négligeable. Enfin, un outil de simulation numérique a été développé puis validé. Cet outil a pour vocation de prédire la distribution des échanges thermiques et du fluide frigorigène au sein d'un évaporateur.
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