Recently, the flow and pressure distributions at the junctions between the header to the parallel channels are becoming of interest in predicting heat transfer performance of compact heat exchangers. In many cases, flow rates through the channels are not uniform and occasionally there is no flow through some of them. Especially with a two-phase flow, the situation becomes even more complicated since the phase separation occurs at the dividing junctions. The header-channels configuration of the compact heat exchangers can be simulated as an accumulation of T-junctions with rectangular cross sections. Therefore, to provide a basic information on the two-phase flow distribution and the pressure drop at header-channel junctions, a series of experiments were conducted with a small, vertical dividing T-junctions with rectangular cross sections. Three different aspect ratios (1, 0.5, 0.125) for the branch were tested.
For small T-junctions, the channel orientation is insignificant due to the predominance of the surface tension effect over the gravitational effect. The smaller fraction of the liquid flows through the branch with the smaller aspect ratio of the branch (i.e., with the smaller branch height). Shoam et al.’s model was modified to represent the separation of the liquid fraction for the present size range ; the proposed model represents the experimental data within a deviation of ±20%. At the same time, the pressure distribution at the T-junction was experimented. The pressure rises between the inlet and the run, while drops between the inlet and the branch. As the branch aspect ratio decreases, the pressure drop between the inlet and the branch increases, while the pressure rise between the main and the run almost remains unchanged. Four different pressure-drop models were tested with the measured data ; among them, the separated flow model proposed by Fouda and Rhodes (1974) turned out to be the best-estimate correlation.
최근 들어 밀집형 열교환기의 성능 예측을 위한 헤더에서의 유동 분배 및 압력 강하에 대한 관심이 높아지고 있다. 많은 경우, 열교환기 채널 내를 흐르는 유량은 균일하지 않고, 심지어 유체가 지나가지 않는 채널도 존재한다. 헤더-채널 형상은 사각 단면을 가진 분지관이 병렬로 연결된 것이라 생각할 수 있고, 따라서 헤더에서의 유동 분배에 대한 기본 연구로서 수직 상향 소형 사각 유로 내의 2상 유동 분배와 압력 변화에 대한 연구를 수행하였다. 유동 분배에 대해서 소형 분지관의 경우 입구관의 방향은 중력보다는 표면 장력의 영향에 의해 무시할 수 있었다. 분지관의 종횡비가 작아질수록 액체의 분기비가 작아졌다. 또한 소형 분지관에서의 유동분배를 ±20% 내에서 예측 가능하도록 Shoam 등의 모델을 개선, 제시하였다. 그리고 분지관 압력 분포를 측정하여 입구관과 출구관 사이는 압력 상승이, 입구관과 분지관 사이는 압력 강하가 발생함을 관찰하였다. 분지관의 종횡비가 작아질수록, 입구관과 분지관에서의 압력 강하가 증가하는 반면, 입구관과 출구관에서의 압력 상승은 변화가 없었다. 또한 기존의 압력 변화 예측 모델 중 Fouda and Rhodes (1974)가 제시한 분리유동모델이 가장 잘 예측함을 알 수 있었다.
