Design and performance evaluation of a 5 mm tube evaporator for a heat pump using R290

This thesis presents the design, modeling, and comparative analysis of a 5 mm diameter tube evaporator for a 17 kW heat pump prototype using R290 (propane) as the refrigerant. Multiple empirical correlations were applied and evaluated to estimate air-side heat transfer coefficients and pressure drops. A LU-VE model served as the benchmark for validating the IMST-ART simulation results. Significant variations were observed among the correlations, especially in heat transfer and pressure drop predictions, due to differing validity ranges and geometric sensitivities. The study offers insights into correlation applicability for small-diameter tube heat exchangers.

Questa tesi presenta la progettazione, la modellazione e l’analisi comparativa di un evaporatore a tubo di 5 mm di diametro per un prototipo di pompa di calore da 17 kW, utilizzando R290 (propano) come refrigerante. Sono state applicate e valutate diverse correlazioni empiriche per stimare i coefficienti di scambio termico lato aria e le perdite di carico. Un modello LU-VE è stato utilizzato come riferimento per la validazione dei risultati di simulazione ottenuti con IMST-ART. Sono state osservate variazioni significative tra le correlazioni, in particolare nelle previsioni di scambio termico e caduta di pressione, a causa di differenti intervalli di validità e sensibilità geometriche. Lo studio fornisce spunti sull’applicabilità delle correlazioni per scambiatori di calore a tubi di piccolo diametro.