Metodi di previsione della turbolenza nel film di liquido durante la condensazione all'interno di canali verticali

This thesis analyzes condensation inside small diameter tubes. These studies reveal useful given the recent interest in miniaturization and micro-gravity. Based on the forces in action (gravity, shear stress, surface tension, etc.), the fluid conditions (in particular based on the vapor content and mass flow rate) and the tube orientation, the flow can appear in different configurations. In particular, the case of down-flow in vertical pipes is examined. In this case, gravity has no influence on the fluid disposition, which predominantly assumes an annular flow, where the fluid film is in contact with the tube’s walls. From the data on the convection coefficient, a regime change from laminar to turbulent can occur, because it influences the heat exchange itself. The present work therefore deals with studying the methods found in bibliography to predict the fluid film regime. There are simpler or more complex ones, which vary with the vapor content. These methods are analyzed and implemented on Matlab for the R134A refrigerant, with the help of MINI-REFPROP. I therefore try to determine the most exact method that explains the variations in the convection heat transfer coefficient during the laboratory tests. The results found will then be used to try to predict another refrigerant behavior under the same circumstances.

Questa tesi analizza la condensazione all’interno di tubi sottili. Tali studi si rivelano interessanti visto il recente interesse per la miniaturizzazione e la micro-gravità. In base alle forze in atto (gravità, sforzo di taglio, tensione superficiale, etc), allo stato del fluido (in particolare in base al titolo di vapore e alla portata di massa) e all’orientamento del tubo infatti, il flusso può disporsi in diverse configurazioni. Si esamina in particolare il caso di down-flow in tubi verticali. In questo caso la gravità non ha alcuna influenza sulla disposizione del fluido, che infatti assume prevalentemente una configurazione anulare, dove il film di fluido è a contatto con le pareti del tubo. Dai dati sul coefficiente di convezione si può verificare un cambio di regime da laminare a turbolento, perché influenza lo scambio termico stesso. Il presente lavoro si occupa quindi di studiare i metodi presenti in bibliografia per predire il regime in cui si trova il film di fluido in questione. Se ne trovano di più semplici o di più complessi, che variano con il titolo di vapore. Tali metodi vengono analizzati e implementati su Matlab per il refrigerante R134A, attraverso l’ausilio di MINI-REFPROP. Si cerca quindi di determinare il metodo più esatto, che spieghi le variazioni del coefficiente di scambio termico per convezione durante le prove di laboratorio. I risultati trovati serviranno poi per provare a predire i comportamenti di un altro refrigerante nelle stesse condizioni.