Di fronte alla crescente carenza globale di energia e alle pressioni per la riduzione delle emissioni di carbonio, i condensatori tradizionali a fascio tubiero faticano a soddisfare l'urgente domanda di apparecchiature di scambio termico altamente efficienti e compatte nell'ingegneria moderna a causa della loro bassa efficienza di trasferimento del calore e delle grandi dimensioni. Affrontare questo collo di bottiglia, migliorando l'efficienza delle apparecchiature di scambio termico, è diventato un percorso chiave per ridurre il consumo di energia.

Uno studio ha indagato sistematicamente le prestazioni di trasferimento del calore per condensazione di tubi orizzontali a doppia faccia migliorati 1 (E1 2 e E2 3). La ricerca ha impiegato il refrigerante ecologico R134a in condizioni operative tipiche con una temperatura di saturazione di 40°C, conducendo un confronto sistematico tra un tubo liscio e due tipi di tubi migliorati con alette esterne seghettate e micro-nervature a spirale interne.

I risultati non solo hanno convalidato i significativi vantaggi delle strutture migliorate a doppia faccia nel migliorare l'efficienza del trasferimento di calore, ma hanno anche fornito importanti informazioni ingegneristiche per l'ottimizzazione della progettazione dei condensatori, rispondendo direttamente all'urgente necessità dell'industria di tecnologie ad alta efficienza e a risparmio energetico.

I risultati hanno dimostrato che le superfici migliorate hanno aumentato significativamente l'area di scambio termico efficace e facilitato il rapido drenaggio del condensato, consentendo ai coefficienti di trasferimento del calore per condensazione dei tubi E1 ed E2 di raggiungere 11-14 volte quelli del tubo liscio. Ciò ha ridotto notevolmente il volume del condensatore e il consumo di materiale.

Ulteriori ricerche hanno rivelato che l'aumento della velocità dell'acqua di raffreddamento sotto un carico termico costante potrebbe amplificare ulteriormente i vantaggi dei tubi migliorati, sebbene il tasso di miglioramento sia rallentato con l'aumentare della velocità. Quando il flusso termico esterno ha superato circa 94 W*m⁻², il tubo E1, con la sua maggiore altezza delle alette, ha mostrato un degrado delle prestazioni più significativo a causa dell'ispessimento del film di condensa, mentre il tubo E2, con la sua altezza delle alette relativamente inferiore, ha dimostrato una maggiore robustezza in condizioni di carico elevato.

Pertanto, per applicazioni che mirano a densità di flusso termico da basse a medie e perseguono la massima compattezza, è possibile dare la priorità al tubo migliorato E1 con una maggiore area di scambio termico. In scenari con carichi termici altamente fluttuanti o elevate densità di flusso termico, il tubo E2, con i suoi parametri geometrici più robusti, offre una maggiore affidabilità operativa a lungo termine.

Questo studio fornisce una guida diretta per l'ottimizzazione strutturale e la selezione dei materiali dei condensatori di nuova generazione ad alta efficienza e pone le basi sperimentali per la progettazione accoppiata di refrigeranti ecologici e superfici migliorate complesse.

1. Tubo orizzontale a doppia faccia migliorato: Un tubo di rame con una lavorazione speciale sia sulle pareti esterne che interne, progettato per rendere la condensazione più veloce ed efficiente. Viene chiamato "a doppia faccia migliorato" perché presenta "seghettature esterne e scanalature interne" e viene definito "orizzontale" perché il tubo è posizionato orizzontalmente.
2. Tubo E1: La parete esterna ha 150 alette seghettate, ciascuna alta 0,8 mm e distanziate di 0,57 mm; la parete interna è incisa con 75 micro-nervature a spirale, ciascuna alta 0,26 mm e con un angolo di 40°.
3. Tubo E2: Le alette della parete esterna sono leggermente più corte (0,79 mm), più fittamente distanziate (0,55 mm) e in numero inferiore (100); la parete interna ha nervature a spirale più alte (0,42 mm) e con un angolo maggiore (45°), ma solo 38 in totale.