Dieter Gorenflo

State of the art in pool boiling heat transfer of new refrigerants

Abstract The predictive methods for the calculation of the heat transfer coefficient α with pool boiling are important tools for the optimum design of the evaporator and for the successful operation of refrigeration units. The method given in the VDI Heat Atlas is discussed as an example of the currently available methods/ and results of recent experimental investigations on nucleate boiling of partly fluorinated hydrocarbons (HFCs) and of hydrocarbons (HCs) are added covering those parts where the predictive methods should be improved, namely boiling of mixtures, influence of surface structure and material of the heating wall, and influence of additional flow of bubbles and liquid in tube bundles.

Vorschlag für eine Standard-Apparatur zur Messung des Wärmeübergangs beim Blasensieden

Comparing experimental results of pool boiling heat transfer from different laboratories considerable discrepancies can be found for the same fluids and boiling conditions. In order to reduce the influence of the experimental arrangement and of the measuring techniques, a standard apparatus and procedure for the measurement of pool boiling heat transfer were developed. Test measurements with the new apparatus for different refrigerants show that the uncertainty of the heat transfer coefficient is less than about five percent in a wide range of heat flux and saturation pressure; higher values of the experimental error occur only at very high normalized saturation pressures and low heat fluxes.ZusammenfassungMessungen des Wärmeübergangs beim Blasensieden, die in verschiedenen Laboratorien durchgeführt wurden, weisen oft große Unterschiede auf, auch für den gleichen Stoff und gleiche Versuchsbedingungen. Um den Einfluß apparativer und versuchstechnischer Vorgaben auf das Meßergebnis zu vermindern, wurde eine Standard-Apparatur für Wärmeübergangsmessungen beim Sieden entwickelt. Apparatur und Meßverfahren wurden mit verschiedenen Kältemitteln in einem weiten Bereich der Wärmestromdichte und des Siededrucks erprobt. Im allgemeinen ist die Unsicherheit der Meßwerte des Wärmeübergangskoeffizienten kleiner als fünf Prozent; größere Fehler ergeben sich nur bei sehr hohen normierten Siededrücken und niedrigen Wärmestromdichten.

Heat transfer and size distribution of active nucleation sites in boiling propane outside a tube

Abstract Size distributions of active nucleation sites in pool boiling of propane on the outside of single horizontal copper and steel tubes with different surface finishes (emery ground and fine sandblasted) have been calculated from heat transfer measurements over wide ranges of heat flux and pressure. The model assumptions of Schomann for the heat transfer near growing and departing bubbles, which were applied in the calculations, have been modified and the calculated results have been compared to experimental investigations by high-speed video techniques. New measurements of the departure diameter dA and frequency f of the bubbles at the same conditions as the heat transfer measurements show that dA and f are influenced by the azimuthal position of the active nucleation sites on the tube and that the calculated results react sensitively to the input data for dA and f . A modification of the model is proposed.

Zum Einfluß des Umfangwinkels auf den Wärmeübergang beim Blasensieden an horizontalen Rohren

In connection with the development of a standard apparatus for measuring heat transfer at pool boiling, the influence of the variation of the local heat transfer coefficient at the circumference of a horizontal tube on the determination of the mean heat transfer coefficient has been investigated. Measurements with a heating tube made from copper show that the variation of the local wall superheat is not more than a few per cent in the range of pool boiling, whereas the local heat transfer coefficient at the bottom part is larger by about 15 per cent than at the upper part of the tube. The mean heat transfer coefficient, evaluated from the mean heat flux and the mean wall superheat, can be determined more easily for a copper tube than for a tube with low heat conductivity, e.g. stainless steel.ZusammenfassungIm Zusammenhang mit der Entwicklung einer Standard-Apparatur zur Messung des Wärmeübergangs beim Blasensieden wurde untersucht, inwieweit zur Bestimmung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten bei einem horizontalen Rohr die Abhängigkeit des örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten vom Umfangswinkel berücksichtigt werden muß. Messungen an einem Heizrohr aus Kupfer zeigen, daß die örtliche Heizflächenüberhitzung im Bereich des Blasensiedens höchstens um einige Prozent variiert; dagegen ist der örtliche Wärmeübergangskoeffizient auf der Unterseite des Rohres um ca. 15% größer als an der Oberseite. Die Bestimmung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten aus mittlerer Wärmestromdichte und mittlerer Ubertemperatur ist deshalb bei einem Kupferrohr wesentlich einfacher möglich als bei einem Rohr aus schlecht wärmeleitendem Material, wie z. B. Edelstahl.

Pool boiling heat transfer to binary mixtures with miscibility gap: Experimental results for a horizontal copper tube with 4.35 mm O.D.

Abstract Nucleate boiling heat transfer has been investigated from a horizontal copper tube (4.35 mm O.D.) to mixtures of water/1-butanol and to the pure components at saturation temperatures between 100 °C and 150 °C and at compositions within and beyond the miscibility gap of this binary system. Simultaneously, the vapour–liquid or vapour–liquid–liquid equilibrium has been investigated. The results of the heat transfer measurements do not exhibit any peculiarities due to partial miscibility.