R-744 gas cooler model development and validation

• Published in: International journal of refrigeration Vol. 24; no. 7; pp. 692 - 701
• Main Authors: Yin, Jian Min, Bullard, Clark W., Hrnjak, Predrag S.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Elsevier Ltd 01.07.2001; Elsevier Science
• Subjects: Applied sciences; Carbon dioxide; Computer simulation; Conception; Cycle transcritique; Design; Devices using thermal energy; Dioxyde de carbone; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Exact sciences and technology; Finite element method; Frigorigène; Gas cooling; Gaz; Heat exchanger; Heat exchangers; Heat exchangers (included heat transformers, condensers, cooling towers); Heat transfer; Mathematical models; Modelling; Modélisation; Pressure drop; Refrigerants; Refrigerating engineering; Refrigerating engineering. Cryogenics. Food conservation; Refroidissement; Regrigerant; Techniques. Materials; Transcritical cycle; Transport properties; Échangeur de chaleur; Dioxyde de carbone; Regrigerant; Refroidissement; Gaz; Échangeur de chaleur; Carbon dioxide; Transcritical cycle; Frigorigène; Conception; Modélisation; Design; Gas cooling; Heat exchanger; Modelling; Cycle transcritique; Finite element method; Cooler; Modeling; Thermophysical properties; Refrigerant fluid
• ISSN: 0140-7007; 1879-2081
• DOI: 10.1016/S0140-7007(00)00082-7

A first principles-based model was developed for a transcritical CO2 gas cooler, using a finite element method. The model uses published correlations for refrigerant and airside heat transfer and pressure drop. Experimental results are presented at 48 operating conditions. The model predicted the gas cooler capacity within ±2% and pressure drop on the R-744 side well within the range of experimental error. The model's usefulness is demonstrated by analyzing alternative circuiting and multi-slab designs. Les auteurs ont développé un modèle d'un refroidisseur de gaz au CO2 transcritique à l'aide d'une méthode à éléments finis. Ils ont utilisé ce modèle afin de publier des corrélations pour le frigorigène, le transfert de chaleur côté air et la chute de pression. Les résultats expérimentaux sont présentés pour 48 conditions de fonctionnement. Le modèle a permis de prévoir la puissance du refroidisseur de gaz avec une précision de +2% et la chute de pression du côté R744 bien à l'intérieur de l'éventail de l'erreur expérimentale. On montre l'utilité du modèle en analysant des conceptions de tuyauterie et de multi-passes innovatrices.