Performance characteristics correlation for round tube and plate finned heat exchangers: Equations relatives aux performances d'échangeurs de chaleur constitués de tubes ronds et de plaques à ailettes

A number of correlation equations describing the performance characteristics of round tube and plate fin have been published in the open literature. However, many of these correlations are restricted to flat finned heat exchangers and a limited number of geometrical configurations. In this study, 28 heat exchanger samples were tested in an open circuit thermal wind tunnel over a velocity range of 1 to 20 m/s for a number of geometries. The geometrical variations include the number of tube rows, fin thickness and the spacing between fins, rows and tubes. Both flat and corrugated fins were tested and the results were correlated in terms of j and f factors as a function of Reynolds number and the geometrical parameters of the heat exchangers. An important feature of this correlation is the novel way in which the geometric parameters are expressed in the correlation. Ratios of these parameters are derived from consideration of the physics of the flow and heat transfer in the heat exchangers. This results in a more accurate and physically meaningful correlation which can be applied to a broader range of geometries. The correlation was validated against test data in the literature for round tube and plate fin with good agreement. It was found that the fin type affects the heat transfer and friction factor, and that the number of tube rows has a negligible effect on the friction factor. The number of tube rows effect was found to be influenced by the fin and tube geometries as well as the Reynolds number.Un certain nombre d'équations pour des caractéristiques du rendement des échangeurs de chaleur à tubes ronds plaques à ailettes ont été publiés dans le littérature. Cependant, dans bien des cas, ces corrélations se limitent aux échangeurs à ailette plate dans un nombre limité de configurations géométriques. Dans cette étude, 28 échangeurs de chaleur ont été testés utilisant une soufflerie à circuit ouvert avec une vitesse d'air de 1 à 20 m/s pour plusieurs formes géométriques. Les variations géométriques portaient sur le nombre de rangées de tubes, l'épaisseur des ailettes et la distance séparant des ailettes, des rangées et des tubes. Les ailettes plates et ondulées ont été testées et les corrélations en termes de facteurs j et f en fonction du nombre de Reynolds et les paramètres géométriques des échangeurs de chaleur. Un aspect important de cette corrélation est le façon originale d'exprimer des paramètres géométriques. Les rapports de ces paramètres sont obtenus à partir des flux et transferts de chaleur dans des échangeurs de chaleur. Ce procedé permet d'obtenir une corrélation plus précise et utilé qui s'applique à une gamme de formes géomátriques plus large. La corrélation a été validée en fonction des données concernant des échangeurs à tube et à plaque à ailettes dans la littérature: les données expérimentales et théoriques concordent bien. On a montré que le type d'ailette exerce une influence sur le transfert de chaleur et le facteur de frottement. Cependant, le nombre de rangées de tubes a un effet negligeable sur le coéfficient de frottement. On a démontré que l'effet nombre de rangées de tube est influencé par les géométries des ailettes et des tubes ainsi que par le nombre de Reynolds.     

Extinction des incendies dans les chambres à basse température (méthode de noyage par CO2)

L'Auteur décrit un essai entrepris dans une chambre froide, à - 20°C, d'un volume de 7500 m³, en utilisant pour lutter contre le feu la pulvérisation de CO₂ (réservoir d'un volume de 3450 litres).Pendant les 8.5 minutes d'injection de CO₂, la teneur en oxygène, à 30 m du point d'injection, mesurée à 0.5 m, 1 m, 2.5 m audessus du sol de la chambre, était toujours inférieure à la teneur moyenne du CO₂ dans la chambre; ceci montre que la diffusion du CO₂ a été pratiquement instantanée.     

An NTU- model for alternative refrigerants

This paper presents a steady state simulation model to predict the performance of alternative refrigerants in vapour compression refrigeration/heat pump systems. The model is based on the NTU- method in analysing the heat exchangers following an elemental approach. The model extends its applicability to new refrigerants including hydrocarbons and uses a large database of REFPROP package for refrigerant properties. The main inputs to the model include the physical details of the heat exchangers, compressor efficiency, mass flow rates of heat transfer fluids and their inlet temperatures to the evaporator and the condenser, the pressure drops across the heat exchangers and the capacity of either the evaporator or condenser (in kW). The model results are validated with a wide range of experimental data of HCFC22 and propane (HC290) on a heat pump test facility for a number of parameters, e.g. coefficient of performance, condenser capacity, mass flow rate of the refrigerant and compressor discharge temperature. Although the model is currently tested for pure refrigerants using compact brazed plate (counter flow type) heat exchangers, it can also be applied to mixture of refrigerants as well as to other types of heat exchangers.

Résumé

Dans cet article, on présente un modèle de simulation de régime permanent pour prédire la performance des frigorigènes de remplacement dans les systèmes frigorifiques ou les pompes à chaleur à compression de vapeur. Fondé sur la méthode NTU- utilisée pour analyser les échangeurs de chaleur, ce modèle emploie une approche élémentaire. Ce modèle étend la méthode aux nouveaux frigorigènes, y compris deees hydrocarbures, et utilise une base de données étendue, celle de REFPROP, pour les propriétés des frigorigènes. Les principaux paramètres du modèle comprennent des détails physiques sur les échangeurs de chaleur, le rendement des compresseurs, et les débits massiques des fluides de transfert de chaleur et leurs températures à l'entrée de l'évaporateur ou du condenseur, la chute de pression à travers les échangeurs de chaleur et la puissance soit de l'évaporateur, soit du condenseur (exprimés en kW). Les résultats obtensus en utilisant ce modèle sont validés pour une large gamme de données expérimentales obtenus avec le HCFC22 et avec le propane (le HC290) sur un banc d'essai de pompe à chaleur et pour un certain nombre de paramètres, par exemple le coefficient de performance, la puissance du compresseur, le débit massique du frigorigène et la température du frigorigène à la sortie du compresseur. En ce moment, le comportement des frigorigènes purs utilisés dans des échangeurs de chaleur compacts à plaques brasées (de type contre-courant) est en train d'être étudié; le modèle peut également être appliqué aux mélanges de frigorigènes et à d'autres types d'échangeurs de chaleur.     

Performance of a packed bed absorber for aqua ammonia absorption refrigeration systemPerformance d''un matelas dispersant dans un système frigorifique à absorption à ammoniac/eau

A mathematical model of a packed bed absorber for aqua-ammonia absorption refrigeration system is presented. The model is used to predict the performance of the bed at various design and operating conditions. The governing equations and the boundary conditions are derived to predict the bed performance. A numerical integral method and an iteration scheme are used to solve the governing one dimensional, non-linear simultaneous differential equations which are subjected to three point boundary value problem. A computer program is prepared and carefully debugged to solve the governing equations with the help of some supporting equations to describe the properties of the working fluids and the heat and mass transfer coefficients in the bed. The analysis show that the absorption process is affected by the following parameters: the volumetric heat rejection model, bed height, vapor and solution flow rates to the bed and the inlet conditions; and packing material type. The effect of changing each of those parameters on the performance of the bed is studied after suggesting a model for the volumetric heat rejection from the bed. The results showed that changing the bed pressure and/or the vapor inlet temperature have negligible effect on the performance of the bed. Changing other parameters are found to affect the performance of the bed by different degrees. Also, the results show that within the present range of parameters, a bed height less than 0.7 m guarantees an absorption efficiency better than 91%.

Résumé

On présente un modèle mathématique d'un matelas dispersant dans un système frigorifique à absorption à ammoniac/eau. On utilise ce modèle pour prévoir la performance du matelas utilisant diverses conceptions et sous diverses conditions de fonctionnement. On établit des équations qui décrivent ce processus et les conditions limites afin de prévoir la performance du matelas. On utilise une méthode numérique intégrale et un schéma d'itération afin de résoudre les équations unidimensionnelles, non-linéaires, simultanées et différentielles, qui sont soumises au problème des limites à trois points. Un programme informatique est préparé et débogué afin de résoudre les équations qui gouvernent le processus étudié, avec l'aide de quelques équations supplémentaires qui décrivent les caractéristiques des fluides actifs et les coefficients de transmission thermique et de transfert d'énergie massique du matelas. L'analyse montre que le processus d'absorption est influencé par des paramètres suivants: le modèle de rejet de chaleur volumétrique, la hauteur du matelas, les débits d'écoulement de la vapeur et de la solution vers le matelas, les conditions d'entrée et le matériau dispersant utilisé. On étudie également l'influence de la variation de chacun de ces paramètres sur la performance du matelas apres avoir proposé un modèle de rejet de chaleur volumétrique par le matelas. Les résultats montrent que si on change la pression dans le matelas et/ou la température de la vapeur à l'arrivée, de tels changements ont un effet negligeable sur le matelas. Suite au changement d'autres paramètres, la performance du matelas a été modifée de diverses façons. Les résultats montrent également qu'avec les paramètres adoptés ici, une hauteur du matelas inférieure à 0,7 m assure un taux d'absorption supérieur à 91%.     

Effect of strip location on the air-side pressure drop and heat transfer in strip fin-and-tube heat exchangerEffet de la localisation des gaufrures d’ailettes sur la chute de pression de l''air et sur le transfert de chaleur dans un échangeur à tubes à ailettes

This work discusses about the pressure drop and heat transfer characteristics of a plain fin, a strip fin and combinations thereof in the fin-and-tube heat exchanger. Experimental apparatus and test algorithm using scale-up model fin geometry are discussed. The present work uses the electric heaters inside of the tube as the heating source to simulate the hot water loop in the wind tunnel test. The test results of the plain and strip fins are compared with the existing correlation and experimental data. It was found that a hybrid fin, plain fin at front row and strip fin at rear row, was more effective to enhance the heat transfer than that of the whole strip fin at the same fan power.

Résumé

Dans l’article, on traite des caractéristiques de la chute de pression et du transfert de chaleur d’une ailette lisse, d’une ailette gaufrée et de combinaisons de ces deux types d’ailettes dans un échangeur de chaleur à tubes ailetés. Le dispositif expérimental et l’algorithme utilisant une géométrie des ailettes échelonnées sont présentés. On utilise des équipements de chauffage électriques à l’intérieur du tube, comme source de chaleur, pour simuler la boucle d’eau chaude dans le tunnel expérimental. Les résultats expérimentaux concernant les ailettes lisses et les ailettes gaufrées sont comparés avec la corrélation existante et les données expérimentales. On a observé que des ailettes hybrides, c’est-à-dire lisses à la rangée frontale et gaufrées à la rangée arrière, étaient plus efficaces pour intensifier le transfert de chaleur que des ailettes entièrement gaufrées, à la même puissance du ventilateur.     

Economie d'énergie: pompe à chaleur à absorption

One of the largest fields of research is energy recovery, particularly the increase of the energy level by using a heat pump.An absorption heat pump allows an upper level of about 140°C to be reached with a low consumption of electrical energy.The first part of this work establishes an expression for the COP from an enthalpy balance taking into account some hypotheses. From this expression a selection of the couple solute-solvant is possible according to operating conditions. A computation of the performance coefficient has been made as a function of various parameters such as the condenser, evaporator, absorber and separator temperature, and also the solution flow.Some results obtained with a small pilot plant are presented. They provide confirmation of the hypothesis and show that an absorption heat pump is able to increase the energy level from 60–80°C to 120–140°C with a satisfactory COP.

Résumé

L'un des domaines de recherche les plus étendus est celui de la récupération d'énergie et principalement l'augmentation du niveau d'énergie par l'utilisation d'une pompe à chaleur.On a choisi une pompe à chaleur à absorption parce qu'elle permet d'atteindre un niveau supérieur de 140°C environ avec une faible consommation d'énergie électrique.Dans le première partie de cette étude on a établi une expression du coefficient de performance à partir du bilan enthalpique en s'appuyant sur certaines hypothèses. A partir de cette expression un choix du couple soluté-solvant est possible suivant les conditions de travail. On a calculé le coefficient de performance en fonction de divers paramètres tels que la température au condenseur, à l'évaporateur, à l'absorbeur et au séparateur ainsi que le flux de solution.On présente quelques uns des résultats obtenus dans une petite installation pilote: ils permettent de confirmer l'hypothèse. Ils montrent qu'une pompe à chaleur à absorption peut faire passer le niveau d'énergie de 60–80°C à 120–140°C avec un coefficient de performance satisfaisant.     

Experimental verification of H2O/LiBr absorber bundle performance with smooth horizontal tubes

A model for absorption of water vapor into LiBr flowing over horizontal smooth tubes is developed to predict the absorption performance of a tube bundle. The performance of a horizontal smooth tube absorber is calculated and compared with experimental data. The calculation results of absorber performance are found to vary considerably depending on mass diffusivity. The literature value of mass diffusivity, of the order of 10⁻⁹ m² s⁻¹, causes the model to deviate from the experimental results especially for solution side heat transfer coefficient. A parametric study varying mass diffusivity shows that a value of 1.0 × 10⁻¹⁰ m² s⁻¹ gives a better agreement with the experimental results. The effects of absorber capacity, heat transfer coefficient of droplets ejected from the system (slinging) and number of tubes in the bundle on the absorption performance are also discussed.     

Congélation des sols — étude physique et modèles mathématiques

A mathematical model for heat and mass transfer in soils at temperatures below 0°C is established from experimental observations and theoretical considerations. Numerical procedures are suggested for the solution of the resulting coupled and uncoupled Stefan problems. Finite difference and finite element analyses are presented for several cases of technical interest.

Résumé

On établit un modèle mathématique pour le transfert de chaleur et de masse dans les sols, à des températures inférieures à 0°C, à partir d'observations expérimentales et de considérations théoriques. On propose des méthodes numériques pour résoudre le problème de Stefan (couplé ou non) qui en résulte. Pour plusiers cas présentant un intérêt technique, on utilise des analyses faisant appel à la méthode des différences finies ou à la méthode des éléments finis.     

Transfert de chaleur par convection naturelle dans une couche poreuse limitée par deux cylindres coaxiaux horizontaux

Natural convection in a porous medium is studied for the geometrical configuration defined by two concentric horizontal cylinders with isothermal and impermeable surfaces, representing a cylinder or a pipe insulated by a layer of porous material. Two methods of investigation are used to approach the phenomenon: experiments on a cell of large aspect ratio (cylinder length to outside diameter), and a numerical model on a two-dimensional plane area. The experimental results reveal three different regimes according to the value of the Rayleigh number. For a finite radial gradient, thermoconvective phenomena develop in the annular layer, but as long as these are not amplified too much, the isotherms remain practically concentric with the cylinders, and heat transfer occurs essentially through conduction. At higher Rayleigh numbers natural convection develops in the form of two-dimensional counter-rotational vortices which are symmetrical with respect to a vertical plane containing the axis common to both cylinders. The third regime, observed at higher Rayleigh numbers, corresponds to a fluctuating evolution of the temperature field which becomes three-dimensional. As the inside cylinder is warmer, instabilities occur in the upper part of the model causing some periodicity of the temperature distribution along a generatrix, with a period of about the radius difference. A relative increase in the heat transfer between the cylinders due to the instabilities is observed. A two-dimensional numerical model, using the method of finite differences, enables us to describe the first two regimes observed experimentally, and to define the temperature field and the streamlines for a given Rayleigh number. The total heat transfer calculated is represented by a correlation between the Nusselt and the rayleigh numbers for many values of the ratio of the radii.The different results are then compared and analysed from a physical point of view.

Résumé

La convection naturelle en milieu poreux est étudiée pour une configuration géométrique définie par deux cylindres concentriques horizontaux à surfaces isothermes et imperméables, modélisant un cylindre ou un tube calorifugé à l'aide d'un matériau poreux. Afin d'appréhender le phénomène, deux moyens d'investigation sont employés: expériences sur une cellule de grande extension (longuer des cylindres/diamètre extérieur) et modélisation numérique sur un domaine bidimensionnel plan.Les résultats expérimentaux font apparaître trois régimes différents suivant la valeur du nombre de Rayleigh; pour un gradient radial non nul les phénomènes thermoconvectifs s'organisent dans la couche annulaire mais tant que ceux-ci ne sont pas trop amplifiés les isothermes restent quasiment concentriques aux cylindres et le transfert de chaleur s'effectue surtout par conduction. Pour des nombres de Rayleigh plus élevés, la convection naturelle se développe sous forme de deux tourbillons contrarotatifs bidimensionnels symétriques par rapport au plan vertical contenant l'axe commun aux deux cylindres. Le troisième régime, observé pour des nombres de Rayleigh plus importants, correspond à une évolution fluctuante du champ de température qui devient en même temps tridimensionnel; le cylindre intérieur étant le plus chaud, les instabilités apparaissent dans la partie supérieure du modèle ce qui crée une certaine périodicité de la distribution de température le long d'une génératrice, la période étant de l'ordre de grandeur de la différence des rayons. Le transfert de chaleur global entre les deux cylindres subit une augmentation relative due aux instabilités. Un modèle numérique bidimensionnel utilisant la méthode des différences finies permet de retrouver les deux premiers régimes observés expérimentalement et de définir le champ de température et les lignes de courant pour un nombre de Rayleigh donné; le transfert de chaleur global calculé est représenté par une corrélation entre le nombre de Nusselt et le nombre de Rayleigh pour plusieurs valeurs du rapport des rayons.Les différents résultats sont ensuite comparés et analysés d'un point de vue physique.     

Rheology, flow behaviour and heat transfer of ice slurries: a review of the state of the art

This paper reviews recent studies on rheology, flow behaviour and heat transfer of two-phase aqueous secondary refrigerants (ice slurries). The difficulties in measuring their rheological properties for which standard rheometers prove to be poorly adapted are analysed. Special attention is paid to “vane-in-cup” rheometers, which can make it possible to determine the yield stress. Pressure losses in cylindrical tubes have been measured by many authors. Even if the results generally agree with two-phase flow theory, divergences in sensitivity to the solid fraction can be observed. The stratification observed by some authors for small-Reynolds-number flows and its effects on the pressure drop are addressed. In a last part, information concerning numerical values of the heat transfer coefficient of ice slurries are summarized. Heat transfer coefficients depend on many parameters, but are largely influenced by the flow regime. A geometry of heat exchanger is then proposed, which has already been effective for single-phase flows, and which may enhance heat transfer in ice slurry flows.

Résumé

Cet article passe en revue des études récentes concernant la rhéologie, le comportement des écoulements et le transfert thermique des frigoporteurs diphasiques aqueux (coulis de glace). Les difficultés de mesure des propriétés rhéologiques, pour lesquelles des rhéomètres courants s'avèrent mal adaptés, sont analysées. Une attention particulière est portée sur les rhéomètres du type « vane-in-cup » qui permettent de déterminer la contrainte seuil d'un matériau. Les pertes de charge linéaires dans des canalisations cylindriques ont été mesurées par de nombreux auteurs. Même si les résultats sont genéralement conformes à la théorie des écoulements diphasiques, on peut observer des divergences quant à la sensibilité à la concentration en glace. La stratification, observée par quelques auteurs pour des écoulements à faible nombre de Reynolds, et ses effets sur la chute de pression sont étudiés. Dans une dernière partie, les valeurs numériques du coefficient de transfert thermique des coulis de glace sont récapitulées. Les coefficients de transfert thermique dépendent de nombreux paramètres, mais sont fortement influencés par le régime d'écoulement. Nous proposons enfin un type d'échangeur de chaleur, dont l'efficacité a déjà été remarquée pour des écoulements monophasiques, et il pourrait s'avérer tout à fait adapté à des écoulements de coulis de glace.     

Blanchiment et qualité des légumes et des fruits surgelés. Revue. I. Introduction et aspects enzymatiques

The first section of a three-part bibliographic study, this article successively examines the role, advantages and drawbacks of blanching, the enzymatic systems of foodstuffs, the localisation of peroxidase and catalase enzymes, methods of controlling blanching, the validity of tests, the regeneration of peroxidasic activity, the relation between temperature and the duration of blanching. Reasons are given as to why it is not possible to establish schedules for blanching, similar to what exists for sterilisation. It is shown that significant residual peroxidasic activity may not have undesirable consequences on maintaining the quality of a good number of quick frozen vegetables stored at − 18°C.

Résumé

Premier volet d'une étude bibliographique qui en comporte trois, l'article examine successivement: le rôle, les avantages et les inconvénients du blanchiment; les sytèmes enzymatiques des denrées, localisation des peroxydases et des catalases, méthodes de contrôle du blanchiment, validité des tests, régénération de l'activité peroxydasique, relation température et durée de blanchiment. Il est expliqué pourquoi il n'est pas possible d'établir des barêmes de blanchiment comme il existe des barêmes de stérilisation. Une activité peroxydasique résiduelle significative peut être sans conséquences défavorables sur le maintien de la qualité de bon nombre de légumes surgelés conservés à − 18°C.     

Efficiencies of transcritical CO2 cycles with and without an expansion turbine: Rendement de cycles transcritiques au CO2 avec et sans turbine d'expansion

With the discovery that fluorocarbons may have a profoundly detrimental effect on the earth's atmosphere, it has become necessary to find a suitable replacement for a fluorocarbon-based refrigeration cycle. Such a replacement must perform comparably to current refrigerants, be economically feasible, and significantly reduce the possibility of a negative environmental impact compared with current refrigerants. A review of the literature on the first vapor compression refrigeration cycles indicate that carbon dioxide was used as the working fluid prior to and after the turn of the century. Moreover, recent literature has suggested that carbon dioxide will work for certain air conditioning applications. Initial investigation of the heat transfer properties of carbon dioxide and subsequent modeling of a transcritical carbon dioxide vapor compression cycle suggest potential performance comparable to that of existing refrigeration systems. This paper will present a detailed literature review of carbon dioxide's role in refrigeration cycles and what has been investigated so far to find a suitable application for carbon dioxide as a refrigerant. In addition, two thermodynamic models for transcritical carbon dioxide cycles with and without an expansion turbine have been developed. Both models contain an internal suction-to-supercritical line heat exchange. The efficiencies of the transcritical carbon dioxide cycles will be compared with the ones of conventional HCFC-22 cycles. A second law analysis on both carbon dioxide and HCFC-22 cycles will be included.La découverte de l'effet nocif que peuvent avoir les fluorocarbons sur l'atmosphère terrestre a exigé de trouver des remplaçements aux cycles frigorifiques fondés sur eux. De tels remplaçants doivent avoir un rendement comparable, être économique acceptables et réduire nettement le risque d'impact négatif sur l'environnement.La littérature relative aux premiers cycles à compression de vapeur montre que le dioxyde de carbone fur utilisé à cette fin à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. En outre des publications récentes suggèrent que le dioxyde de carbone à certaines applications en conditionnemnt d'air. Un examen préalable des propriétés de transfert de chaleur du dioxyde de carbone puis la modélisation d'un cycle transcritique avec ce fluide suggèrent que l'on peut obtenir ainsi des performances comparables à celles des systèmes frigorifiques actuels. Cet article présente une revue bibliographique détaillée sur le dioxyde de carbone dans les cycles frigorifiques et l'état des recherches effectuées pour trouver une utilisation possible de dioxyde de carbone comme frigorigène. Deux modèles thermodynamiques pour des cycles transcritiques au dioxyde de carbone avec et sans turbine d'expansion ont été réalisés. Ces deux modèles comprennent un échange de chaleur interne entre admission et ligne supercritique. Leurs rendements sone comparés avec ceux de cycles conventionnels, au R22. Une analyse comparée selon la 2e loi y est jointe.     

A simulation model for evaporation of defrosted water in household refrigeratorsSimulation de l''évaporation d''eau de dégivrage dans les réfrigérateurs domestiques

This paper presents a simple dynamic simulation model for predicting the evaporation rates of defrosted water from water trays in domestic refrigerators. The model was successfully tested for one domestic refrigerator. The model was used to investigate the effect of different variables (ambient temperature, relative humidity, air velocity, compressor heat, auxiliary condenser) by comparing eight different arrangements with each other on a consistent basis for effective evaporation of defrosted water. The model results indicate that the evaporation of water can be increased to the necessary rate by raising the water temperature and optimising the velocity of air over the water tray.

Résumé

Cette communication présente un modèle de simulation dynamique pour la prévision de la vitesse d'évaporation d'eau de dégivrage contenue dans les bacs de réfrigérateurs domestiques. On a utilisé ce modèle pour étudier les effets de diverses variables (température ambiante, humidité relative, vitesse d'air, chaleur dégagée par le compresseur et le condenseur auxiliaire) en comparant l'évaporation de l'eau de dégivrage dans huit dispositions différentes. Lés résultats indiquent qu'on peut accélerer la vitesse d'évaporation par l'augmentation de la température de l'eau et l'optimisation de la vitesse de l'air passant au dessus du bac à eau.     

Thermal design calculations for food freezing equipment--past, present and future

The literature on methods for thermal design of food freezing equipment is reviewed with emphasis on two questions: what do those who design, build and commission freezers most need from researchers in terms of improved design calculation methods, and what are the most limiting factors in determining whether a particular freezer design will satisfactorily freeze the product at the required throughput rate? Freezing time prediction methods have been significantly improved over the last two decades and are now infrequently the factor most limiting accurate design. There is a much greater need for more accurate thermophysical properties and better information on heat transfer coefficients for a variety of practical situations. The failure of many industrial freezers to deliver the design conditions to product in all parts of the freezer is also important. Future research should address the full range of factors limiting accurate freezer design, which may mean less emphasis on freezing time prediction.

Résumé

La littérature concernant la conception thermique des congélateurs industriels est passée en revue et l'accent est mis sur deux aspects: qu'est ce que les concepteurs, les fabricants et les installateurs attendent le plus des chercheurs en termes d'amélioration des méthodes de calculs de conception, et quels sont les facteurs dans la conception d'un congélateur qui exercent la plus grande influence sur la performance, c'est à dire qui déterminent si une conception donnée va permettre de congeler un produit à la vitesse voulue? Pendant les deux dernières décennies, on a amélioré de façon significative les méthodes qui prédisent le temps de congélation, et de nos jours, ces méthodes sont rarement le facteur qui limite le plus la conception précise. On a nettement plus besoin de précision sur les propriétés thermophysiques et les coefficients de transfert de chaleur pour différentes situations. Il est important de savoir que beaucoup de congélateurs industriels n'arrivent pas à reproduire les performances prévues lors de leur conception en tout point de l'appareil. Dans l'avenir, la recherche devrait être axée sur tous les facteurs limitant la conception précise des congélateurs, quitte à mettre moins l'accent sur la prédiction du temps de congélation.     

Effect of circuit arrangement on the performance of air-cooled condensersEffet de la disposition du circuit sur la performance des condenseurs refroidis par l'air

An experimental study was carried out to investigate the effect of circuitry on the performance of wavy finned condensers. A total of eight arrangements were made and tested. The arrangements included six 1-circuit and two 2-circuit arrangements. For the one-circuit arrangement, the test results indicate that counter-cross flow would give better performance than other arrangements. However, heat conduction along the fins may offset the benefits of the counter-cross arrangement. This study has proposed two modifications to the counter-cross flow arrangement. For the two-circuit arrangement, a unique characteristic of “pressure gain” was observed when one circuit is completely condensed and the other is still in two-phase region.

Résumé

On a effectué une étude expérimentale afin d'étudier l'effet de la disposition du circuit sur la performance des condenseurs à ailettes ondulées. Huit dispositions ont été fabriquées et étudiées: six de ces dispositions comportaient un circuit et les deux autres dispositions avaient deux circuits. Les résultats obtenus avec les dispositions à un circuit indiquent que le flux à contre-courant sembler avoir une performance accrue par rapport aux autres dispositions. Cependant, la conduction de chaleur le long des ailettes pourrait réduire l'avantage de la disposition à contre-courant. Les auteurs propose deux modifications de la disposition à contre-courant. Une augmentation de pression a été observée avec la disposition à un circuit lorsqu'une condensation totale était obtenue dans l'un des deux circuits pendant que l'autre circuit restait en régime diphasique.     

Etude quantitative de la structure à l'état congelé de muscle et de steak haché

The structure of frozen meat is studied after freeze-drying, with the technique of image analysis. The variable parameters are the freezing rate, the type of meat and the effect of grinding and mixing or not with pork fat.After freezing, the samples were cut (10 μ thick), freeze-dried, fixed and stained with Regaud's haematoxylin.Using a Quantimet 720 we measured the total volume occupied by ice crystals, the distribution in size of ice crystals and the specific area of freeze-dried samples. These results were compared with those obtained by two physical methods, mercury intrusion porosimetry and the volumetric method of krypton adsorption.The comparison of stereological and physical methods suggests a spindle-shaped model for the ice-crystals in frozen whole meat.Concerning the technological parameters, the results show that grinding involves an increase of the size of ice crystals and that mixing pork fat with ground meat induces a decrease in the size of ice crystals in the pieces of meat.

Résumé

On étudie la structure de la viande congelée, aprés lyophilisation, par analyse des images. Les variables sont la vitesse de congélation, le type de viande et l'influence du hachage et de l'addition ou non de tissue adipeux de porc.Aprés congélation, les échantillons ont été coupés (10 μm d'épaisseur), lyophilisés, fixés, puis colorés à l'hématoxyline de Regaud.En utilisant un Quantimet 720 nous avons mesuré le volume total occupé par les cristaux de glace, la répartition de leurs dimensions et la surface spécifique des échantillons lyophilisés. On a comparé ces résultats à ceux obtenus par deux méthodes physiques, la porosimétrie au mercure et la méthode volumétrique d'adsorption de krypton.La comparaison des méthodes stéorologiques et physiques améne à penser que les cristaux de glace du muscle de viande congelé entier ont une forme en fuseau.Quant aux paramétres technologiques, les résultats montrent que le hachage implique une augmentation de la taille des cristaux de glace et que le mélange de tissu adipeux de porc avec la viande hachée provoque une diminution de la taille des cristaux de glance dans les morceaux de viande.     

Etude de l'intensification des échanges de chaleur par convection dans des canaux de section triangulaire et rectangulaire

Most of the research work applied to the intensification of heat transfer through convection in turbulent flow, has been devoted to local heat flow and local friction losses. Intensification is obtained by means of turbulators inside smooth channels (fins, steps).In the re-sticking zone of the boundary layer, the heat transfer is maximum and the friction factor is minimum, the latter being maximum in the free flow zone. Maximum values are more than ten times higher than those observed in an undisturbed analogous stream.As early as 1958, those results have been applied to the construction of heat exchangers by which the heat transfer coefficient rises faster than the hydraulic resistance (discovery No 242).Such heat exchangers (water-air) are built from ribbed fin-plates and cross-tubes. The ribs act as turbulators inside the channels which are allowed between plates and tubes.The present paper deals with the influence of geometrical shape and distribution of the turbulator on thermal and hydraulic efficiencies of heat transfer surfaces.The results are presented as graphs where:Nu,Nu_R = Nusselt number for channels with and respectively, without, turbulators; ε,ε_R=friction loss factor for channels with, and respectively, without, turbulators; l'/d = pitch of trottling=ratio between the length of smooth piece l' and its hydraulic diameter d; d*/d=rate of throttling=ratio between hydraulic diameter of the throttled section d*, and that of the smooth piece d.Experimentations have been performed with 16 different combinations of l'/d and d*/d, in channels of the same triangular section and Reynolds number varying between 400 and 5500; in channels with different triangular sections; in channels with rectangular sections.Main results are: the heat transfer intensification depends on the parameters l'/d and d*/d; the maximum intensification depends on the shape of the channel section, the highest values being obtained with triangular shaped channels; the most efficient turbulators

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consist of two dimensioned surfaces generated along the channel radius.New radiators for farm tractor-engines have been developed. Their volume and weight are half those of conventional radiators. Their construction does not require any significant modification of the traditional manufacturing technique of such type of equipment and their utilization in dusty environments does not raise any particular difficulty.

Résumé

La réalisation de saillies et de cavités transversales dans la paroi des canaux d'air à section triangulaire ou rectangulaire entraîne une intensification des échanges de chaleur. Cette intensification peut être quantifiée par le nombre caractéristique (Nu/Nu_R)/(ξ/ξ_R) dont la valeur est supérieure ou égale à 1 pour des valeurs du rapport Nu/Nu_R inférieures à 2,15. L'intensification des échanges de chaleur dépend des paramétres géométriques caractéristiques du canal d'air (l'/d) et (d*/d).L'utilisation de plaques-ailettes nervurées dans la construction des radiateurs pour moteurs de machines agricoles entraîne une diminution de deux fois et plus du volume et de la masse de ces appareils, c'est la profondeur qui est réduite.Une grande résistance à l'encrassement et une technique simple de fabrication permettent d'envisager une modernisation rapide du parc de machines agricoles automotrices.