Vor dem Hintergrund zunehmender globaler Energieknappheit und des Drucks zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen haben herkömmliche Rohrbündel-Verflüssiger aufgrund ihrer geringen Wärmeübertragungseffizienz und ihrer großen Abmessungen Schwierigkeiten, die dringende Nachfrage nach hocheffizienten und kompakten Wärmetauschern in der modernen Technik zu befriedigen. Um diesen Engpass zu beheben, ist die Verbesserung der Effizienz von Wärmetauschern zu einem wichtigen Weg zur Reduzierung des Energieverbrauchs geworden.

In einer Studie wurde systematisch die Kondensationswärmeübertragungsleistung von horizontalen doppelseitig verbesserten Rohren 1 (E1 2 und E2 3) untersucht. Die Forschung verwendete das umweltfreundliche Kältemittel R134a unter typischen Betriebsbedingungen mit einer Sättigungstemperatur von 40 °C und führte einen systematischen Vergleich zwischen einem glatten Rohr und zwei Arten von verbesserten Rohren mit äußeren gezahnten Rippen und inneren spiralförmigen Mikro-Rippen durch.

Die Ergebnisse bestätigten nicht nur die signifikanten Vorteile doppelseitig verbesserter Strukturen bei der Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz, sondern lieferten auch wichtige technische Erkenntnisse für die Optimierung des Verflüssigerdesigns, wodurch der dringende Bedarf der Industrie nach hocheffizienten und energiesparenden Technologien direkt adressiert wurde.

Die Ergebnisse zeigten, dass die verbesserten Oberflächen die effektive Wärmeübertragungsfläche signifikant vergrößerten und die rasche Ableitung des Kondensats erleichterten, wodurch die Kondensationswärmeübergangskoeffizienten der E1- und E2-Rohre das 11- bis 14-fache des glatten Rohrs erreichten. Dies reduzierte das Verflüssigervolumen und den Materialverbrauch deutlich.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass eine Erhöhung der Kühlwassergeschwindigkeit unter konstanter Wärmelast die Vorteile der verbesserten Rohre weiter verstärken kann, obwohl sich die Verbesserung verlangsamte, als die Geschwindigkeit zunahm. Wenn der äußere Wärmestrom etwa 94 W*m⁻² überschritt, zeigte das E1-Rohr mit seiner größeren Rippenhöhe eine signifikantere Leistungsverschlechterung aufgrund des verdickten Kondensatfilms, während das E2-Rohr mit seiner relativ kleineren Rippenhöhe eine überlegene Robustheit unter Hochlastbedingungen zeigte.

Für Anwendungen, die auf niedrige bis mittlere Wärmestromdichten abzielen und extreme Kompaktheit anstreben, kann daher dem E1-Rohr mit größerer Wärmeübertragungsfläche der Vorzug gegeben werden. In Szenarien mit stark schwankenden thermischen Belastungen oder hohen Wärmestromdichten bietet das E2-Rohr mit seinen robusteren geometrischen Parametern eine höhere langfristige Betriebszuverlässigkeit.

Diese Studie liefert eine direkte Anleitung für die strukturelle Optimierung und Materialauswahl von hocheffizienten Verflüssigern der nächsten Generation und legt eine experimentelle Grundlage für das gekoppelte Design von umweltfreundlichen Kältemitteln und komplexen verbesserten Oberflächen.

1. Horizontales doppelseitig verbessertes Rohr : Ein Kupferrohr mit spezieller Bearbeitung an seinen Außen- und Innenwänden, das entwickelt wurde, um die Kondensation schneller und effizienter zu machen. Es wird als "doppelseitig verbessert" bezeichnet, da es "äußere Verzahnungen und innere Rillen" aufweist, und es wird als "horizontal" bezeichnet, da das Rohr horizontal angeordnet ist.
2. E1-Rohr : Die Außenwand hat 150 gezahnte Rippen, jede 0,8 mm hoch und im Abstand von 0,57 mm; die Innenwand ist mit 75 spiralförmigen Mikro-Rippen graviert, jede 0,26 mm hoch und in einem Winkel von 40°.
3. E2-Rohr : Die Außenwandrippen sind etwas kürzer (0,79 mm), dichter angeordnet (0,55 mm) und in geringerer Anzahl (100); die Innenwand hat spiralförmige Rippen, die höher (0,42 mm) und in einem größeren Winkel (45°) angeordnet sind, aber insgesamt nur 38.