Experimental study and thermal modelling of a R404A small channel air condenser
Etude expérimentale et modélisation thermique d'un condenseur à air à mini-canaux fonctionnant au R404A
Résumé
Extensive use of refrigerants is known as a polluting factor for environment because of its impact on the ozone layer and of its greenhouse effect. So nowadays, many researches are led in order to reduce the refrigerant charge in refrigerating systems. One of those research ways is the use of small channel heat exchangers that contain less refrigerant than usual ones. Therefore, a test facility was designed and achieved. It integrates an air conditioning small channel condenser (1,34 mm hydraulic diameter) with cross-flow technology. The measurement device allows to establish accurate power balances and to visualize thermal condensation profiles thanks to an infra-red camera and a thermocouple net disposed on the condenser fins. A great heterogeneity was noticed in the refrigerant flow distribution through the small channels. Based on a rapid bibliographical work of some of the most important recent studies, a numerical model was performed to simulate the small channel condenser performances, using various correlations developed for traditional large tubes as well as specific correlations for small channel tubes. The numerical results are compared with experimental data obtained for several flow regimes. The results show that the thermal performances can be simulated in a very satisfactory way using the available correlations, although none of them was initially obtained for R404A condensation in small channels.
L'ample utilisation des fluides frigorigènes est reconnue comme l'un des facteurs polluants pour l'environnement en raison de son impact sur la couche d'ozone et de son effet de serre. Ainsi, beaucoup d'études sont conduites dans le but de réduire la masse de frigorigène dans les systèmes frigorifiques. L'un de ces axes de recherche est l'utilisation d'échangeurs à mini-canaux qui contiennent beaucoup moins de frigorigène que les échangeurs usuels. Un dispositif expérimental a été conçu et réalisé dans ce but. Il comprend un condenseur de climatisation automobile ; il s'agit d'un échangeur à mini-canaux (diamètre hydraulique 1,34mm) à courants croisés de frigorigène R404A et d'air. Le système de mesure permet d'établir des bilans énergétiques précis et permet également de visualiser des profils thermiques de condensation grâce à une caméra infra-rouge et à un réseau de thermocouples disposés entre les ailettes du condenseur (en contact avec les mini-canaux). Une importante hétérogénéité a été observée dans la distribution entre les différentes réglettes de mini-canaux en parallèle au sein d'une même passe. Basé sur une rapide revue bibliographique de quelques travaux récents les plus marquants, un modèle numérique a été développé pour simuler les performances thermiques d'un condenseur à mini-canaux, en utilisant différentes corrélations soit développées pour les tubes larges, soit développées spécifiquement pour les mini-canaux. Les résultats numériques sont comparés avec les données expérimentales obtenues pour plusieurs régimes de fonctionnement. Les résultats montrent que les performances thermiques peuvent être simulées de manière très satisfaisante en s'appuyant sur les corrélations disponibles dans la littérature, bien qu'aucune n'ait encore été obtenue pour la condensation du R404A dans des mini-canaux.