Absorption of ammonia-water mixtures in microscale geometries for miniaturized absorption systems

Vapor absorption-based HVAC systems are attracting increased interest due to their capability to utilize low-grade waste-heat streams, and low global warming potential of the working fluids. The performance of an absorption system depends significantly on the absorber, which absorbs the refrigerant vapor into the absorbent fluid. Components with microscale features to enhance heat and mass transfer have been shown to significantly reduce the size of absorption cooling systems, making them viable for small-scale applications, such as residential and mobile use. But an incomplete understanding of the internal flow phenomena in microscale absorbers is limiting those gains. Performance limiting factors for microscale absorbers are investigated. One of the key performance limiting factors is maldistribution of vapor and liquid phases in these microscale geometries. Air-water mixtures are used to represent two-phase flow through three different microscale geometries, namely, a microchannel array, a microchannel array with mixing sections, and a serpentine pin-fin test section. The flow distribution is visually tracked along the length of the microscale geometries. Statistical distributions of void fraction and interfacial area along the microchannel array are calculated. Parameters such as the average void fraction and interfacial area intensity are used to evaluate and compare the different microscale geometries. This study also investigates the internal flow phenomena in an absorber by visualizing the process of absorption and measuring local temperatures in microscale geometries. A single unit of a microscale absorber consisting of two heat exchange plates; one with an ammonia–water mixture, and the other with a coupling fluid to absorb the heat released during absorption, is fabricated. Heat and mass transfer mechanisms in the microscale components are investigated. An open absorption system was fabricated to evaluate the absorber, as it enables control over inlet properties of the fluids. Two microscale absorber designs are evaluated in the test facility. The effects of solution flow rate, solution nominal concentration, operating pressures, and coupling fluid temperature are evaluated. A model is developed to predict heat and mass transfer in these microscale absorbers. This study provides insight into the limiting factors of current designs, and improvements that can be made in the future designs of such components.Ph.D

Two Phase Flow, Phase Change and Numerical Modeling

The heat transfer and analysis on laser beam, evaporator coils, shell-and-tube condenser, two phase flow, nanofluids, complex fluids, and on phase change are significant issues in a design of wide range of industrial processes and devices. This book includes 25 advanced and revised contributions, and it covers mainly (1) numerical modeling of heat transfer, (2) two phase flow, (3) nanofluids, and (4) phase change. The first section introduces numerical modeling of heat transfer on particles in binary gas-solid fluidization bed, solidification phenomena, thermal approaches to laser damage, and temperature and velocity distribution. The second section covers density wave instability phenomena, gas and spray-water quenching, spray cooling, wettability effect, liquid film thickness, and thermosyphon loop. The third section includes nanofluids for heat transfer, nanofluids in minichannels, potential and engineering strategies on nanofluids, and heat transfer at nanoscale. The forth section presents time-dependent melting and deformation processes of phase change material (PCM), thermal energy storage tanks using PCM, phase change in deep CO2 injector, and thermal storage device of solar hot water system. The advanced idea and information described here will be fruitful for the readers to find a sustainable solution in an industrialized society

Étude de l’effet des rugosités artificielles sur l’optimisation des performances et des échanges thermiques par convection dans les capteurs solaires à air

La dégradation de l'environnement associée à l'utilisation des carburants d’origine fossile, de plus, l’augmentation des prix de ces derniers associée à l'augmentation de la demande d'énergie, sont tous des défis et des préoccupations qui ont obligé la communauté scientifique à développer des techniques efficaces d'extraction et d'utilisation des sources d'énergies renouvelables similaires à l'énergie du rayonnement solaire considérée comme une source d'énergie permanente, disponible en abondance et produisant de l'énergie propre. La conversion thermique de cette énergie par collecteur solaire thermique est la conversion la plus simple et la plus efficace, qui nous a conduit à étudier le problème d'amélioration de l'efficacité de ces collecteurs les plus simples, à savoir le capteur solaire à air, en prévoyant le canal actif dans ce dispositif avec différents obstacles pour augmenter l'échange de chaleur entre la plaque absorbante et l'air utile pendant un certain processus d'échange thermique ; ainsi, le but de cette thèse est d'améliorer le transfert de chaleur d’un capteur solaire thermique à air en insérant des obstacles (Nervures ou Chicanes) au niveau du conduit de l’air circulant. Une étude bibliographique extensive a été réalisée pour connaître les différentes techniques adoptées dans les recherches précédentes. Certains paramètres de conception ont été déterminés et un capteur solaire thermique à air a été construit au niveau de la plateforme de l’Unité de Recherche en Energie Renouvelables en Milieu Saharien et selon ces paramètres et les mesures qui ont été collectés au moyen d'équipements disponibles, des résultats numériques prédits ont été validés. Enfin, plusieurs études numériques ont été menées sur des conduits rectangulaires équipés de chicanes dans des conditions aux limites d’un capteur solaire thermique à air et l'influence de la géométrie de rugosité et des paramètres de fonctionnement sur les performances thermo hydrauliques ont été étudiées et comparées pour identifier les meilleures configurations bidimensionnelles de la rugosit