Tesis:
Evaporación de agua en tubos verticales: Análisis de la región de ebullición subenfriada y desarrollo de un método de evaluación y Dimensionado de evaporadores. Water evaporation in vertical tubes: An analytical approach for the subcooled flow boiling region and development of a method for evaluation and sizing evaporators.
- Autor: ZAMBRANA GONZALEZ, José
- Título: Evaporación de agua en tubos verticales: Análisis de la región de ebullición subenfriada y desarrollo de un método de evaluación y Dimensionado de evaporadores. Water evaporation in vertical tubes: An analytical approach for the subcooled flow boiling region and development of a method for evaluation and sizing evaporators.
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: MOTOPROPULSION Y TERMOFLUIDODINAMICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/7210/
- Director/a 1º: PEREZ DEL NOTARIO MARTINEZ MARAÑON, Pedro
- Director/a 2º: LEO MENA, Teresa
- Resumen: La tesis presente lleva a cabo un estudio detallado del proceso de evaporación de agua para flujos convectivos ascendentes en tubos verticales, empleados en aplicaciones industriales. Este estudio aborda tanto el fenómeno de transferencia de calor como el de pérdida de presión, si bien se ha prestado especial atención a la transferencia de calor en la región de transición líquido puro – flujo bifásico, conocida como región de ebullición subenfriada. Las correlaciones empíricas del coeficiente de transferencia de calor del agua para la región de ebullición subenfriada proporcionadas por la bibliografía de referencia no consiguen asegurar la continuidad entre esta región y las de líquido puro y flujo bifásico. Este hecho en sí mismo contradice la física del fenómeno. Para conseguir la continuidad de la región de ebullición subenfriada con sus extremos y guardar por tanto coherencia con la física del fenómeno, esta tesis propone utilizar una correlación analítica de tipo elíptico para el coeficiente de transferencia de calor del agua en la región de ebullición subenfriada. La elección de esta correlación analítica para la determinación del coeficiente de transferencia de calor del agua en la zona de transición, junto con otras empíricas comúnmente aceptadas para líquido puro y flujo bifásico, así como la elección también de métodos o correlaciones para el cálculo de pérdida de presión en cada una de las regiones, ha permitido el desarrollo de un método de cálculo para un único tubo. A su vez, el método desarrollado para un único tubo ha sido extendido a un banco de tubos, permitiendo el desarrollo de una herramienta válida para el análisis de actuaciones y/o dimensionado de evaporadores de uso industrial. La herramienta aquí desarrollada presenta varias ventajas frente a las habitualmente usadas en la industria, métodos ε-NTU. La primera de ellas reside en el mismo hecho de ser capaz de analizar evaporadores en cuyo seno ocurre el cambio de fase, determinando dinámicamente el inicio y fin de cada uno de las regiones (líquido puro, ebullición subenfriada y flujo bifásico). La segunda es que este análisis no se aborda de una forma global, sino de forma local, permitiendo al diseñador y/o analista una mejor evaluación del evaporador bajo estudio. The present thesis analyscs in detall the process of water evaporation for convective upward flows in vertical tubes, used in industrial applications. Both, the heat transfer process and the pressure drop mechanism, are considered. However, special attcntion has been put on the heat transfer process in the transition from puré liquid to two-pha.se flow, known as subcooled íiow boiling región. The empirical correlations for the heat transfer coefficient on the water side for subcooled flow boiling región, provided by the usual bibliography, do not ensure continuity between this región and the puré liquid and two-phasc íiow regions. This is, in fact, opposite to the physics of the phenomenon. In order to get continuity between the subcooled flow boiling región and its extremes, ensuring consequently physical coherence, this thesis proposes to use an analytical corrclation of elliptical type for the water heat transfer coefficient in the subcooled flow boiling región.
Using this correlation in the transition región for the water heat transfer coefficient together with other empirical correlations commonly used for puré liquid and two-phase flow, has allowed developing a method of calculation for a single tube. Similar methods or correlations for the pressure drop determination in each of the regions have been used. At the same time, to extend the method developed for a single tube to a bank of tubes has ailowed to develop an crigineering tool valid for performance analyses and/or sizing of industrial evaporators. The tool here developed has severa! advantages when it is compared to the ones used commonly in the industry, the e-NTU methods. The first advantage is the fact itself of being able to analyse evaporators where phase change occurs inside them, determining dynainically where each región begins and cnds (puré liquid, subcooled flow boiling región and two-phasc flow región). The second advantage is that this tool allows a local analysis of the heat exchanger instead of a global one, as usual. It is possiblc theu for the designer a better evaluation of the evaporator under study.