Análise numérica de condensadores do tipo arame-sobre-tubo usados em refrigeradores domésticos

Abstract

Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico para a simulação do escoamento transiente de fluidos refrigerantes ao longo de condensadores do tipo arame-sobre-tubo, comumente usados em refrigeradores domésticos que empregam o ciclo de compressão de vapor. A análise envolve o escoamento do fluido refrigerante no interior do tubo e a transferência de calor por convecção natural e radiação entre a superfície externa do tubo, as aletas em forma de arames cilíndricos e o ar externo. No interior do tubo o escoamento é considerado unidimensional e dividido em uma região monofásica de vapor superaquecido, uma região bifásica líquido-vapor e outra em que o refrigerante encontra-se no estado de líquido subresfriado. A queda de pressão no interior do tubo é também considerada. Na região bifásica o escoamento é considerado homogêneo, ou seja, são consideradas condições de equilíbrio térmico e hidrodinâmico entre as fases. Inicialmente, condições de regime permanente serão assumidas e posteriormente será analisada a resposta dinâmica do condensador às variações das condições de operação do sistema. A simulação do escoamento ao longo do condensador é obtida a partir da solução numérica das equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação de energia. Para a parede do condensador, a equação de conservação de energia é resolvida para determinar a sua distribuição de temperatura. O método de Volumes Finitos é usado na discretização das equações governantes. O modelo permite a determinação, nos regimes permanente e transiente, das distribuições de pressão, título, temperatura do refrigerante e temperatura do tubo ao longo do condensador, em função da geometria do condensador e das condições de operação. O modelo proposto é analisado e os resultados obtidos são discutidos e comparados...

This work presents a numerical model to simulate the unsteady refrigerant fluid flow along wire-on-tube condensers, commonly used in vapor compression cycle based domestic refrigerators. The model considers the refrigerant flow inside the tube and the heat transfer from the outer surfaces of the wires and tubes to the surrounding air by free convection and radiation. The refrigerant flow along the condenser is divided into a vapor superheated singlephase region, a two-phase liquid-vapor flow region and a subcooled liquid region. The refrigerant pressure drop is taking into account. The homogeneous model is employed for the two-phase flow region, i.e. the hydrodynamic and thermal equilibrium between the phases are considered. Initially the steady state condition is considered and later condenser unsteady behavior is analyzed. The mass conservation, momentum and energy conservation equations for the refrigerant flow are solved in order to evaluate the distributions of mass flux, pressure and temperature of the refrigerant fluid, respectively. Also, the energy conservation equation for the tube wall is solved to determine the wall temperature distribution. The system of differential equations is solved using the Finite Volume method. The model is analyzed and the obtained results are compared with data available in the open literature.