Experimental Investigation of Hydrodynamics and Heat Transfer Characteristics of Two-Phase Gas/Liquid Mist Flow in Tandem Arranged Heated Spheres

Abstract

The article presents an experimental investigation, performed to evaluate the hydrodynamics and heat transfer characteristics in tandem arranged heated rows packed inside cylindrical channel, which use air as well as air/water mist flows as operational medium. The average surface temperature has been recorded under various air main flow, water mist rate, surface heat flux and constant pitch ratio (y/d = constant). The heat transfer rate was found to increase with the water mist rate and decrease with the surface temperature. Heat transfer rate was enhanced over that for the single-phase air flow as a result of water mist evaporation and direct heat conduction by the water film generated on the heated surfaces. Overall, the heat transfer coefficient was enhanced by about 140%, 42%, and 10% respectively for the upper, middle and lower heated rows by suspending (111.68 kg m-2 hr-1) water mist rate. The frictional resistance for air/water mist flow is found to exceed that in the single-phase air flow. Compared to each water mist rate over the investigated range, the percentage enhancement in the overall heat transfer performance factor of around 116%, 35%, and 10% respectively for all the heated rows under the highest water mist rate. New experimental results obtained can be used in the development of heat exchanger modules design processes. Проведено экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена нагреваемых рядов, тан- демно расположенных в цилиндрическом канале с воздушным, а также воздушно-водным эмульсионным режимом течения в качестве рабочей среды. Средняя температура на поверхности регистрировалась при разных значениях основного воздушного течения, скорости течения водяного тумана, теплового потока при постоянном шаговом отношении (y/d = const). Обнаружилось, что интенсивность теплообмена повышается со скоростью течения водяного тумана и понижается с температурой поверхности. Теплообмен усилился по сравнению с однофазным воздушным потоком за счет испарения водяного тумана и прямого проведения тепла водяной пленкой, формирующейся на нагреваемых поверхностях. В целом коэффициент теплообмена удалось повысить примерно на 140, 42 и 10 % в верхнем, среднем и нижнем нагреваемых рядах, соответственно, за счет суспенирования водяного тумана со скоростью потока 111,68 кг-м-2-ч-1. По сравнению с другими значениями скорости в исследуемом диапазоне коэффициент теплообмена повысился на 116, 35 и 10 % соответственно по всем нагреваемым рядам при наибольшем значении скорости. Полученные результаты могут быть полезны при разработке новых конструктивных решений модулей теплообмена.