Because of its high heat transfer efficiency, subcooled flow boiling can contribute to the miniatur-ization of subsea heat exchangers. An experimental investigation was conducted to study the par-ametric influence on the distribution of bubble sizes and velocities as well as the heat transfer co-efficient in the subcooled flow boiling of R-134a in a horizontal conventional annular channel. High-speed visualization was used to capture the flowing bubble behaviors at the end of a heated tube. The association between the heat transfer coefficients and various bubble characteristics, such as bubble size, velocity, population and interfacial area concentration, under different operat-ing conditions were revealed. Most of the bubbles in the experiments slid along the upper part of the heated tube, while only tiny bubbles lifted off the surface. Bubble size distributions have a bi-modal shape, composed of two different bubble size groups. The distributions of two bubble size groups follow the type 1 distribution of Pearson’s system and were interpolated using this system in order to to develop a population balance framework for further study. Bubble sliding velocities were based on size indicating that larger bubbles have higher sliding velocities, conversing to the bulk liquid velocity. Through investigating the observed bubble characteristics, coalescence during flowing was identified as the major mechanism of large bubbles formations. The interfacial area concentration shows a close association with the heat transfer coefficient, and they were correlated by a power function. The Jakob number, the ratio of densities and the Boiling numbers have con-sistent relations with the bubble sizes and velocities. New correlations were proposed for predict-ing bubble sizes and sliding velocities as functions of these three dimensionless numbers. The suggested correlations agree with the experimental data with deviations of less than 10%.
본 논문에서는 R-134a의 수평관 내 과냉유동비등 현상 시 관찰되는 기포의 크기와 속도 분포와 열 전달 효율이 설비 운전 조건에 따라 받는 영향을 실험적으로 관찰하고 분석하였다. 가열중인 관내의 기포의 거동을 측정하기 위해 고속가시화 기법이 활용되었다. 관찰 결과 대부분의 기포는 관 내 위쪽 벽을 따라 미끄러져 이동하였으며 작은 기포만이 벽면에서 떨어져 나와 흘렀다. 기포의 크기 분포는 두 종류의 크기 군을 갖는 쌍봉 형태를 띄었다. 두 종류의 크기 군의 기포의 크기 분포는 모두 펄슨 시스템에서 타입 원에 속했으며, 공식화되었다. 기포의 미끄러지는 속도는 기포의 크기가 클수록 빠르다는 것과 이 속도는 관내 액체의 평균 속도에 수렴하는 것이 실험 결과 확인되었다. 관찰된 기포의 형성 과정에서 기포 간의 합체가 중요한 역할을 한다는 것이 발견된 몇 가지 특징에 의해 밝혀졌다. 계면면적밀도가 열 전달 효율에 가장 영향력 있는 기포 특성임이 밝혀졌고, 둘 간의 상관관계는 멱함수의 형태로 보간 되었다. 자콥 수, 액체와 기체의 밀도 비, 비등 수가 관측된 기포의 크기와 속도에 대해 일관성 있는 상관관계를 보였으며, 이 둘을 예측하기 위해 본 논문에서 제안된 상관관계식에 이용되었다. 상관관계식은 실험결과를 편차 10% 이내로 예측하였다.
