Efficiency of an absorption refrigeration depends strongly on the performance of the absorber, which is the most important component of the system, and it is essential to study heat and mass transfer characteristics inside the absorber. A number of numerical models have been proposed to predict the absorption characteristics of the liquid film on a horizontal cooled tude. On the other hand, most of experimental studies have been focused on performance of tube bank, and there are very few experiments regarding the heat/mass transfer characteristics of the solution flow with a single horizontal tube. hence, it was not possible to confirm the numerical results on the local behavior that is to be applied to various tube bank shape.
In this study, heat and mass transfer characteristics of thin-film flow of LiBr-$H_2O$ solution over a single horizontal tube were examined experimentally and the separate effects of each parameter were investigated to provide quantitative data that cover the practical ranges of system operations.
Variables considered were the flow rate, temperature and concentration of the solution supplied at the top of the tube, and the absorber pressure as well as the drainage pattern. The liquid film appeared wavy as the absorption rate became large; this could be achieved by decreasing the folw rate and the temperature of the solution and/or by increasing the absorber pressure. Also, the mechanism of the wave formation at the film surface was discussed.
Absorption rate strongly depended on the absorber pressure when the solution flow rate was small, while it relied on the solution temperature as the flow rate became large. The experimental correlation was proposed with respect to effect of absorber pressure and solution flow rate in case of the sheet-flow drainage
The absorption characteristics of the jet-flow drainage are compared with the sheet-flow drainage. The absorption performance was higher with the sheet-flow drainage for small flow rates; however, the reverse was true when the flow rate was increased.
For the sheet- flow drainage, the experimental results are compared with the numerical results. Finally, as an example of applications, the absorption performances of the tube banks with various configurations were estimated and the number of rows of the tube bank for the maximum absorption rate is suggested.
본 연구에서는 단일 수평 냉각관 외부를 흘러내리는 LiBr-$H_O$ 수용액의 열/물질 전달 특성을 파악하기 위하여 LiBr-$H_O$ 수용액의 공급 조건인 분사용액의 유량, 온도와 농도 그리고 냉매의 공급 조건인 흡수기 압력의 변화에 따른 흡수 특성을 실험적으로 파악하였다. 또한 단일 수평 냉각관 하부에서의 용액 배출 양식에 따른 흡수 특성을 파악하였고 액막 배출인 경우에 대하여 경계층 근사를 이용한 수치해석과 흡수 특성을 비교, 검토 하였다. 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 분사유량이 적고, 분사용액의 온도가 낮으며 흡수기 압력이 높은 경우에는 냉각관 외부를 흘러내리는 액막의 표면에서 파동이 발생하며 흡수 성능은 증가한다.
2. 계면활성제가 포함되지 않은 LiBr-$H_O$ 수용액의 경우에 대하여 액막 파동의 발생 원인을 규명하였다.
3. 용액의 출구 온도는 분사유량이 적은 경우에는 흡수기 압력에 의해 영향을 크게 받으며, 분사유량이 많은 경우에는 분사용액의 온도에 의해 크게 받는다.
4. 주어진 분사 유량에서 분사용액의 온도와 흡수기의 압력이 높을수록 냉각열유속은 증가한다. 또한 분사용액의 온도가 낮을수록 냉매흡수율은 증가하고 분사용액의 농도가 흡수기 압력이 높을수록 냉매 흡수율은 증가한다.
5. 낮은 분사유량에서는 액막 형태의 배출이 액적 또는 액주의 형태보다 높은 흡수 성능을 나타내며, 분사유량이 증가할수록 액적 또는 액주 형태의 배출이 높은 흡수 성능을 나타낸다.
6. 용액의 분사유량이 적은 경우 실험 결과와 경계층해석을 이용한 수치해석 결과가 비교적 잘 일치한다.
7. 용액의 온도와 대수평균온도차를 흡수기 압력과 분사용액의 유량의 영향으로 분리하여 적용한 결과 액막배출인 경우에 대하여 용액 출구 온도의 일반화와 열전달 실험식을 제시하였다.
8. 냉각관 단수와 단/열비에 따른 흡수 특성을 파악하여 단/열비에 따른 흡수기의 설계 방법을 제시하였다.
본 연구를 바탕으로 여러 개의 수평 냉각관을 갖는 흡수기의 성능 해석이 가능하고,주어진 설계 조건에 대하여 최적의 냉각관 배열을 갖는 흡수기의 설계가 가능하다. 또한 첨부된 실험 data는 수치해석을 이용한 흡수기 응용연구의 기초 자료로 활용이 가능하다.
