Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Моделі тепловіддачі під час кипіння двофазних потоків усередині каналів. Частина 1. Огляд літератури

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

PDF
Опубліковано гру 30, 2025
DOI https://doi.org/10.15673/ret.v61i4.3350

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

В.В. Горін
Державний університет інтелектуальних технологій і зв’язку, вул. Кузнечна, 1, м. Одеса, 65023, Україна
http://orcid.org/0000-0003-3832-2614
Я.Є. Трокоз
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр-т Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна
http://orcid.org/0000-0001-5672-7717
Вт.В. Горін
«Агропромислова паливно-енергетична компанія «Бородянка», вул. Центральна, 6А, м. Бородянка, Київська обл., 07801, Україна
Вл.В. Горін
«Агропромислова паливно-енергетична компанія «Бородянка», вул. Центральна, 6А, м. Бородянка, Київська обл., 07801, Україна

Анотація

У статті проведено широкий літературний пошук і проаналізовано теоретичні та експериментальні моделі та методи розрахунку тепловіддачі під час кипіння двофазних потоків усередині макро/міні/мікро-каналів за різних гідравлічних діаметрів із наявних літературних джерел. Систематизовано та наведено відомі критерії класифікації макро/мікро/міні-каналів. Показано різні підходи авторів щодо критеріїв класифікації каналів, які поділяються на критерії за геометричними розмірами каналів, що базуються лише на гідравлічних діаметрах каналів і не мають фізичних механізмів, та критеріїв за безрозмірними числами, які ураховують вплив різних гідродинамічних сил, таких як, поверхневий натяг, в’язкість, інерцію, які впливають на рух двофазного потоку у каналі та призводять до розуміння фізичних явищ. Відзначено, що стосовно класифікації каналів не існує єдиних критеріїв у визначенні макро/міні/мікро-каналів. Систематизовано та перелічено моделі і кореляції різних авторів щодо розрахунку тепловіддачі під час процесів кипіння всередині каналів із різними геометричними параметрами, а також за різних режимних параметрів, а саме: масової швидкості, густини теплового потоку, приведеного тиску та масового паровмісту. Розглянуто сорок чотири кореляції, які поділяються на вісім категорій: експериментальні, вдосконалені, випаровування під час вимушеної конвекції, бульбашковt кипіння, суперпозиції, асимптотичні, засновані на структурі течії, з найбільшим переважаючим механізмом тепловіддачі. Експериментальна база даних з наявних праць охоплює наступні діапазони параметрів: D = 0,16…32 мм, масова швидкість G = 15…8180 кг/(м2с), тепловий потік q = 1…2620 кВт/м2, масовий паровміст x = 0,0…1,0, температура насичення ts = -40…40°С та приведений тиск pr= 0,0046…0,90. Робота надає керівництво щодо вибору правильної кореляції для певного застосування та корисна для розуміння методів розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі під час кипіння робочих речовин усередині каналів

Ключові слова:
Теплообмін, Двофазний потік, Макро/міні/мікро-канали, Холодоагент

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Горін, В., Трокоз, Я., Горін, В., & Горін, В. (2025). Моделі тепловіддачі під час кипіння двофазних потоків усередині каналів. Частина 1. Огляд літератури. Refrigeration Engineering and Technology, 61(4), 351-369. https://doi.org/10.15673/ret.v61i4.3350
Номер
Том 61 № 4 (2025)
Розділ
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТА МОДЕЛЮВАННЯ

Посилання

1. Mehendale, S.S., Jacobi A.M., R.K. Shah. (2000). Fluid Flow and Heat Transfer at Micro- and Meso-Scales with Applications to Heat Exchanger Design. Applied Mechanics Review, 53, 175-193.
2. Kandlikar, S.G., Grande, W.J. (2003). Evolu-tion of microchannel flow passages – Thermohydraulic performance and fabrication technology, Heat Transfer Engineering, 24(1), 3–17.
3. Kandlikar, S.G., Balasubramanian, P. (2004). An extension of the flow boiling correlation to transition, laminar, and deep laminar flows in minichannels and microchannels. Heat Transfer Engineering, 25(3), 89-93.
4. Brauner, N., Maron, D.M. (1992). Identifica-tion of the range of small diameters, conduits, regarding two phase flow pattern transitions. Interna-tional Communications in Heat and Mass Transfer, 19(1), 29-39.
5. Harirchian, T., Garimella, S.V. (2010). A comprehensive flow regime map for microchannel flow boiling with quantitative transition criteria. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(13-14), 2694-2702.
6. Kew, P.A., Cornwell, K. (1997). Correlations for the prediction of boiling heat transfer in small-diameter channels, Applied Thermal Engineering, 17(8-10), 705-715.
7. Lee, J., Mudawar, I. (2009). Critical heat flux for subcooled flow boiling in microchannel heat sinks. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, 3341–3352.
8. Fritz, W. (1935). Berechnung des Maximalvolume von Dampfblasen. Phys. Zeitung, 36, 379-384.
9. Li, W., Wu, Z. (2010). A general criterion for evaporative heat transfer in micro/mini-channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, (9-10), 1967-1976.
10. Triplett, K.A., Ghiaasiaan, S.M., Abdel-Khalik, S.I., Sadowski, D.L. (1999). Gas-liquid two-phase flow in microchannels Part I: two-phase flow patterns, International Journal of Multiphase Flow. 25(3), 377-394.
11. Serizawa, A., Feng, Z., Kawara, Z. (2002). Two-Phase Flow in Microchannels. Experimental Thermal and Fluid Science, 26(6-7), 703-714.
12. Bryan, W. L., Quaint, G. W. (1951). Heat Transfer Coefficients in Horizontal Tube Evapora-tors. Regrigerating Engineering, 59(1), 67-72.
13. Baker, O. (1958). Multiphase flow in pipelines. Oil Gas Journal, Progress Rep., 156-167.
14. Kulinchenko, V.R. (1990). Handbook on heat transfer calculations. Kyiv: Tekhnika, 164.
15. Horin Vt.V., Horin Vl.V., Trokoz Ya.E., Horin V.V. (2025). Heat transfer during refrigerant boiling inside finned tubes. Proceedings of the 18th International Scientific and Practical Conference “Integrated Intelligent Robotic-Technical Complexes (IIRTC-2025)”, Kyiv, 222-224.
16. Trokoz, Ya.E., Horin, V.V., Horin, Vt.V., Horin, Vl.V. (2025). Investigation of heat transfer during refrigerant boiling inside profiled tubes. Collection of Scientific Papers of the Odessa State Academy of Technical Regulation and Quality, 1(26), 135-142.
17. Agostini, B., Bontemps, A. (2005). Vertical Flow Boiling of Refrigerant R134a in Small Channels. International Journal of Heat and Fluid Flow, 26(2), 296-306.
18. Dittus, F.W., Boelter, L.M.K. (1930). Heat transfer in automobile radiators of the tubular type, University of California Publications in Engineering. Berkeley, 2, 443-461.
19. Gnielinski, V. (1976). New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow. International Chemical Engineering, 16(2), 359-368.
20. Moody, L. (1944). Friction Factors for Pipe Flow. Transactions of American Society Mechanical Engineers, 66, 671-678.
21. Fang, X. (2013). A new correlation of flow boiling heat transfer coefficients for carbon dioxide. International Journal of Heat and Mass Transfer, 64, 802-807.
22. Fang, X. (2013) A new correlation of flow boiling heat transfer coefficients based on R134a data. International Journal of Heat and Mass Transfer, 66, 279-283.
23. Gungor, K.E., Winterton R.H.S. (1987). Simplified general correlation for saturated flow boiling and comparison with data. Chemical Engineer-ing Research and Design, 65(2), 148-156.
24. Kaew-On, J., Sakamatapan, K., Wongwises, S. (2011). Flow boiling heat transfer of R134a in the multiport minichannel heat exchangers. Exper-imental Thermal and Fluid Science, 35(20) 364-374.
25. Shah, M.M. (2016). Unified correlation for heat transfer during boiling in plain mini/micro and conventional channels. International Journal of Refrigeration, 74, 606-626.
26. Shah, M.M. (1982). Chart correlation for saturated boiling heat transfer: equations and further study. ASHRAE Transactions, 88 (1), 185-196.
27. Warrier, G.R., Dhir, V.K., Momoda, L.A. (2002). Heat Transfer and Pressure Drop in Narrow Rectangular Channels. Experimental Thermal and Fluid Science, 26(1), 53-64.
28. Yan, Y.Y., Lin, T.F. (1998). Evaporation heat transfer and pressure drop of refrigerant R-134a in a small pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 41(24), 4183-4194.
29. Arima, H., Kim, J.H., Okamoto, A., Ikegami, Y. (2010). Local boiling heat transfer characteristics of ammonia in a vertical plate evaporator. International Journal of Refrigeration, 33, 359-370.
30. Chaddock, J.B., Noerager, J.A. (1966). Evaporation of Refrigerant 12 in a Horizontal Tube with Constant Wall Heat Flux. ASHRAE Transactions, 72, 1, 90-101.
31. Dengler, C. E. and Addoms, J. M. (1956). Heat Transfer Mechanism for Vaporization of Water Tube. Chemical Engineering Progress Syposium Series, 52, 95-103.
32. Kenning, D.B.R., Cooper M.G. (1989). Satu-rated flow boiling of water in vertical tubes, International Journal of Heat and Mass Transfer, 32, 445-458.
33. Koyama, K., Chiyoda, H., Arima, H., Ikegami, Y. (2014). Experimental study on thermal characteristics of ammonia flow boiling in a plate evaporator at low mass flux. International Journal of Refrigeration, 38, 227-235.
34. Panek, J.S., Souza, A.L., Jabardo, J.M.S., Chato, J.C., Wattelet, J.P. (1992). Evaporation Heat Transfer and Pressure Drop in Ozone-Safe Refrigerants and Refrigerant-Oil Mixtures. Air Conditioning and Refrigeration Center. Technical Report. ACRC TR-11, 50.
35. Wright, R.M. (1961). Downflow Forced-convection Boiling of Water in Uniformly Heated Tubes. USAEC Rept. UCRL-9744, 155.
36. Cooper, M.G. (1984). Heat Flow Rates in Saturated Nucleate Pool Boiling – A Wide-Ranging Examination Using Reduced Properties. Advances in Heat Transfer. 16, 157-239.
37. Cooper, M.G. (1989). Flow boiling - the ‘apparently nucleate’ regime. International Journal of Heat and Mass Transfer, 32, 459-464.
38. Lazarek G.M., Black S.H. (1982). Evaporative heat transfer, pressure drop and critical heat flux in a small vertical tube with R-113. International Journal of Heat and Mass Transfer, 25(7), 945-960.
39. Sun, L., Mishima, K. (2009). An evaluation of prediction methods for saturated flow boiling heat transfer in mini-channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, 5323-5329.
40. Tran, T.N., Wambsganss, M.W., France, D.M. (1996). Small circular- and rectangular-channel boiling with two refrigerants. International Journal of Multiphase Flow, 22(3) 485-498.
41. Yu, W., France, D.M., Wambsganss, M.W., Hull, J.R. (2002). Twophase pressure drop, boiling heat transfer, and critical heat flux to water in a small-diameter horizontal tube. International Journal of Multiphase Flow, 28(6), 927-941.
42. Bertsch, S.S. Groll, E.A. Garimella, S.V. (2009). A composite heat transfer correlation for saturated flow boiling in small channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(7-8), 2110-2118.
43. Chen, J.C. (1966). Correlation for Boiling Heat Transfer to Saturated Fluids in Convective Flow. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 5(3), 322-329.
44. Chien, N.-B., Vu, P.-Q., Choi, K.-I., Oh, J.- T. (2014). A General Correlation to Predict The Flow Boiling Heat Transfer of R410A in Macro/Mini Channels. International Refrigeration and Air Conditioning Conference. Paper 1466, 2392, 1-7.
45. Choi, K.I., Chien, Oh, J.T. (2013). Heat Transfer Coefficient during Evaporation of R-1234yf, R-134a, and R-22 in Horizontal Circular Small Tubes. Advances in Mechanical Engineering Volume, 132397, 1-8.
46. Gungor, K.E., Winterton, R.H.S. (1986). A general correlation for flow boiling in tubes and annuli. International Journal of Heat and Mass Transfer, 29(3), 351-358.
47. Jung, D.S., McLinden, M., Radermacher, R., Didion, D. (2007). A study of flow boiling heat transfer with refrigerant mixtures. International Journal of Heat and Mass Transfer, 32(9), 1751-1764.
48. Saitoh, S, Daiguji, H, Hihara, H. (2007) Correlation for boiling heat transfer of R-134a in horizontal tubes including effect of tube diameter. International Journal of Heat and Mass Transfer,50, 5215-5225.
49. Kim, S. M., Mudawar, I. (2013). Universal Approach to Predicting Saturated Flow Boiling Heat Transfer in Mini/Micro-Channels – Part II. Two-phase Heat Transfer Coefficient. International Journal of Heat and Mass Transfer, 64, 1239-1256.
50. Liu, Z, Winterton, R.H.S. (1991) A general correlation for saturated and subcooled flow boiling in tubes and annuli, based on a nucleate pool boiling equation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 34, 2759-2766.
51. Wattelet, J.P., Chato, J.C., Souza, A.L., Christoffersen, B.R. (1993). Evaporative Characteristics of R-134a, MP-39, and R-12 at Low Mass Fluxes. Air Conditioning and Refrigeration Center TR-35, Technical Report, 1993-05, 30.
52. Steiner, D., Taborek, J. (1992). Flow Boiling Heat Transfer in Vertical Tubes Correlated by an Asymptotic Model. Heat Transfer Engineering, 13(2), 43-68.
53. Liu, Y., Jige, D., Inoue, N. (2021). Correlation for Flow Boiling Heat Transfer of Low-pressure Refrigerants Inside A Horizontal Smooth Tube. International Refrigeration and Air Conditioning Conference, 2396, 1-10.
54. Jung, D., Lee, H., Bae D., Oho, S. (2004). Nucleate Boiling Heat Transfer Coefficients of Flammable Refrigerants. International Journal of Refrigeration, 27, 409-414.
55. Mori, H., Yoshida, S., Kakimoto, Y., Ohishi, K. (2011). Reform of the Correlation for the Prediction of Heat Transfer Coefficient for Refrigerants Flowing in Horizontal Evaporator Tubes. Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, 16(2), 177-187.
56. Thome, J.R., El Hajal, J. (2004). Flow Boiling Heat Transfer to Carbon Dioxide: General Prediction Method, International Journal of Refrigeration, 27, 294-301.
57. Kattan, N., Thome, J.R., Favrat, D. (1998). Flow boiling in horizontal tubes: Part 1 – Development of a diabatic two-phase flow pattern map, ASME Journal of Heat Transfer, 20, 140-147.
58. Rouhani, Z., Axelsson, E. (1970). Calculation of volume void fraction in the subcooled and quality region, International Journal of Heat and Mass Transfer, 13, 383-393.
59. Ducoulombier, M., Colasson, S., Bonjour, J., Haberschill, P. (2011). Carbon dioxide flow boil-ing in a single microchannel – Part II: Heat transfer. Experimental Thermal and Fluid Science, 35, 597-611.
60. Kandlikar S.G. (1991). Development of a Flow Boiling Map for Suboooled and Saturated Flow Boiling of Different Fluids Inside Circular Tubes. ASME Journal of Heat Transfer, 113(1), 190-200.
61. Shah, M.M. (2022). New general correlation for heat transfer during saturated boiling in mini and macro channels. International Journal of Refrigeration, 137, 103-116.