Advanced

Aspects of Sorption Processes in Thermosiphon and in Falling Film Arrangements

Kockum, Henrik LU (1998) In Department of Chemical Engineering 1, Lund University, Sweden 1988:1003.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Huvudsyftet med studien har varit att ta fram matematiska samband för dimensionering av processutrustning – dimensionering är ett klassiskt ingenjörsproblem. Korrekt dimensionering är viktig för att utrustningen skall fungera tillfredsställande och dessutom inte resultera i onödiga investerings- och driftskostnader.



Den matematiska modell (en uppsättning ekvationer) som man vid dimensionering praktiskt kan hantera är ofta så starkt förenklad – därför att verkligheten är så komplicerad – att nödvändig information förlorats. Ekvationsuppsättningen blir därmed ofullständig och låter sig inte lösas. Endast om "ny" information används för att täcka den tidigare informationsförlusten... (More)
Popular Abstract in Swedish

Huvudsyftet med studien har varit att ta fram matematiska samband för dimensionering av processutrustning – dimensionering är ett klassiskt ingenjörsproblem. Korrekt dimensionering är viktig för att utrustningen skall fungera tillfredsställande och dessutom inte resultera i onödiga investerings- och driftskostnader.



Den matematiska modell (en uppsättning ekvationer) som man vid dimensionering praktiskt kan hantera är ofta så starkt förenklad – därför att verkligheten är så komplicerad – att nödvändig information förlorats. Ekvationsuppsättningen blir därmed ofullständig och låter sig inte lösas. Endast om "ny" information används för att täcka den tidigare informationsförlusten kan ekvationerna lösas. Den nya informationen måste inhämtas experimentellt, och sedan stöpas i lämplig matematisk form för att bli användbar. Den processutrustning som behandlas i föreliggande avhandling är "termosifonen" och "den fallande filmen"; båda är tillämpbara inom området absorptionsvärmepumpar.



Termosifonen utgörs i princip av ett vertikalt rör i vilket en vätska strömmar uppåt. Vätskan bringas till kokning genom tillförsel av värme via rörväggen. Vid dimensionering av en termosifon vill man veta t ex hur mycket som kommer att strömma i röret och hur mycket värme som kan tillföras. Vid kokningen bildas ånga vilket resulterar i en mycket komplex situation: strömningen påverkar värmeöverföringen och mängden överförd värme påverkar i sin tur strömningsbilden. I den i avhandlingen använda matematiska modellen behövs "ny" information om hastighetsskillnaden mellan ångan och vätskan, friktionen mot samt värmeöverföringsegenskaperna vid väggen. Dessa tre storheter har studerats experimentellt, och resultatet har satts i en matematisk form för att sedan användas vid lösningen av ekvationerna.



En fallande film bildas när en vätska rinner utmed en vägg; i avhandlingen har endast vertikala väggar beaktats. Värme kan till- eller bortföras via väggen. Vid filmens fria yta kan ånga bildas eller kondenseras. I absorptionsvärmepumpar är både värme- och massöverföringshastigheter viktiga vid dimensionering. I avhandlingen har en annorlunda modell för icke-laminär strömning behandlats. Vid framtagandet av modellen har teoretisk analys kombinerats med experimentell information (som erhållits från annat håll).



Resultatet av doktorsarbetet är i princip ett antal datorprogram med vilka man kan simulera termosifoner och fallande filmer i vilka samtidig värme- och massöverföring sker. (Less)
Abstract
A study concerning closure relations pertinent to the design of sorption equipment of absorption heat pumps has been undertaken. Specifically, thermosiphon and vertical falling film arrangements were studied.



For the thermosiphon, experimental data on the void fraction, the friction and orifice pressure drops, and the heat transfer coefficient at sub-atmospheric pressures were obtained for vaporising water and vaporising water-sugar mixtures. Empirical correlations were produced for all quantities. Furthermore, a semi-theoretical model for the void fraction was derived; this model compared favourably to existing correlations. Sample thermosiphon calculations using a two-field two-phase flow model, including a heating... (More)
A study concerning closure relations pertinent to the design of sorption equipment of absorption heat pumps has been undertaken. Specifically, thermosiphon and vertical falling film arrangements were studied.



For the thermosiphon, experimental data on the void fraction, the friction and orifice pressure drops, and the heat transfer coefficient at sub-atmospheric pressures were obtained for vaporising water and vaporising water-sugar mixtures. Empirical correlations were produced for all quantities. Furthermore, a semi-theoretical model for the void fraction was derived; this model compared favourably to existing correlations. Sample thermosiphon calculations using a two-field two-phase flow model, including a heating condensate film, were performed.



For the falling film, a penetration-type of turbulence model was developed. Experimental data found in the open literature were used in the derivation. Absorption calculations then indicated that the model is appropriate for wavy-laminar flows, but not for turbulent flows. Falling film calculation results compared favourably to existing film thickness and heat transfer correlations. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof. Hewitt, G.F., Imperial College, London, UK
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
mass transfer, turbulence, falling film, heat transfer, entropy generation, pressure drop, restriction, friction, void fraction, two-phase flow, thermosiphon, sorption, heat pump, model, Chemical technology and engineering, Kemiteknik och kemisk teknologi
in
Department of Chemical Engineering 1, Lund University, Sweden
volume
1988:1003
pages
300 pages
publisher
Department of Chemical Engineering, Lund University
defense location
Lecture hall A, Chemical Center, Sölveg. 39, Lund, Sweden
defense date
1988-09-11 10:15
external identifiers
  • other:ISRN: LUTKDH/(TKKA-1003)/1-114/(1998)
ISSN
1100-2778
ISBN
91-628-3113-5
language
English
LU publication?
yes
id
402d28e3-be2e-4cd2-902e-49d53a8aa920 (old id 18924)
date added to LUP
2007-05-24 12:39:33
date last changed
2016-09-19 08:44:59
@phdthesis{402d28e3-be2e-4cd2-902e-49d53a8aa920,
  abstract     = {A study concerning closure relations pertinent to the design of sorption equipment of absorption heat pumps has been undertaken. Specifically, thermosiphon and vertical falling film arrangements were studied.<br/><br>
<br/><br>
For the thermosiphon, experimental data on the void fraction, the friction and orifice pressure drops, and the heat transfer coefficient at sub-atmospheric pressures were obtained for vaporising water and vaporising water-sugar mixtures. Empirical correlations were produced for all quantities. Furthermore, a semi-theoretical model for the void fraction was derived; this model compared favourably to existing correlations. Sample thermosiphon calculations using a two-field two-phase flow model, including a heating condensate film, were performed.<br/><br>
<br/><br>
For the falling film, a penetration-type of turbulence model was developed. Experimental data found in the open literature were used in the derivation. Absorption calculations then indicated that the model is appropriate for wavy-laminar flows, but not for turbulent flows. Falling film calculation results compared favourably to existing film thickness and heat transfer correlations.},
  author       = {Kockum, Henrik},
  isbn         = {91-628-3113-5},
  issn         = {1100-2778},
  keyword      = {mass transfer,turbulence,falling film,heat transfer,entropy generation,pressure drop,restriction,friction,void fraction,two-phase flow,thermosiphon,sorption,heat pump,model,Chemical technology and engineering,Kemiteknik och kemisk teknologi},
  language     = {eng},
  pages        = {300},
  publisher    = {Department of Chemical Engineering, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Department of Chemical Engineering 1, Lund University, Sweden},
  title        = {Aspects of Sorption Processes in Thermosiphon and in Falling Film Arrangements},
  volume       = {1988:1003},
  year         = {1998},
}