Experimental investigation of the diameter effect on heat transfer characteristics of supercritical CO₂ flows through horizontal microtubes

Mikrotüpler için taşınım yoluyla ısı transferi üzerine yapılan deneysel çalışmalarda; makul bir belirsizlikle tüpün duvar sıcaklığının ölçülmesi, tüpün dış yüzeyinden nispeten yüksek ısı kaybı ve tüp çıkışındaki ortalama akışkan sıcaklığının ölçülmesi gibi birçok zorlukla karşılaşılmaktadır. Bu sorunlar, düşük Reynolds sayılarındaki akışlarda daha da kötüleşmektedir. Bu çalışma, bir termokuplın gömülü olduğu küçük bir lehim dökümü ile tüp duvar sıcaklığını ölçmek için yeni bir yöntem sunmaktadır. Dış yüzeydeki ısı kaybı ve eksenel yöndeki ısı iletimi ile belirlenmiş olan akışlara sağlanan net ısı akısı, sıvının bölgesel ortalama entalpisini ve ardından boru boyunca ortalama akışkan sıcaklığını elde etmek için entegre edilmiştir. Böylece, çıkıştaki ortalama akışkan sıcaklığı ölçülmeden taşınımla ısı transferi katsayıları hesaplanmıştır. Yeni yöntemin doğrulaması, 0,501 mm iç çapa sahip yatay olarak konumlandırılmış bir mikrotüp içinden laminer su akışları geçirilerek yapılmıştır. Tüm Nusselt sayılarının 4,36 ile 4,36 + yüzde 10 arasında olduğu bulunmuştur. Daha sonra, yeni yöntem 8,0 MPa'da 0,317, 0,509 ve 0,847 mm iç çaplara sahip yatay mikrotüplerden geçen süperkritik karbondioksit akışlarına uygulanmıştır. Süperkritik karbondioksiti düşük Reynolds sayılarında incelemek için tüm testlerde girişteki Reynolds sayısı 1100'den düşük tutulmuştur. Akışkan sıcaklığı, sözde kritik sıcaklığa yakın olduğunda Nusselt sayısında bir maksimum gözlemlenmiştir. Sözde kritik sıcaklıktaki ısı transferi artışı, yüksek özgül ısı, duvara yakın bir yüksek sıcaklık gradyanı ve enine yönde kaldırma kuvvetinin neden olduğu ikincil akış gibi üç farklı mekanizma ile ilişkilendirilmiştir. Son olarak kaldırma kuvvetinin etkisi çap ile birlikte önemli ölçüde arttığından, sonuçlar Nusselt sayısının büyüklüklerinin artan çapla birlikte arttığını göstermektedir.