عملکرد هیدرولیکی - گرمایی یک مبادله کن گرمایی لوله ای غیر دایروی با پره کنگره ای

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه عملکرد هیدرولیکی - گرمایی یک مبادله کن  لوله ای غیر دایروی با پره کنگره ای  در جریان عرضی هوا و در محدوده  رینولدز 350 ReH  ≤     ≤70   به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این شبیه سازی، همچنین مقایسه بین عملکرد هیدرولیکی - گرمایی هندسه لوله دایروی و هندسه یک لوله غیر دایروی با سطح مقطع بادامکی با پره کنگره ای در پارامتر های ثابت طول کنگره و زاویه کنگره در انجام شده است. همچنین مقایسه ای بین پره تخت و کنگره ای نیز انجام شده است. نتایج نشان می دهد که در محدوده رینولدز آزمایشات عملکرد هیدرولیکی - گرمایی هندسه لوله بادامکی با پره کنگره ای به ترتیب  به میزان 99/18 تا 26 درصد از لوله دایروی معادل بیشتر است. بررسی پارامتر های هندسی پره کنگره ای نشان می‌دهد که با افزایش زاویه کنگره (15 به 25 درجه) و یا طول کنگره (6 به 12 میلیمتر) عملکرد هیدرولیکی- گرمایی به میزان حدود 1 تا 8 درصد افزایش می گردد. اما افزایش تعداد کنگره (4 به 5) به مقدار  ناچیز  بر عملکرد هیدرولیکی- گرمایی لوله بادامکی با پره کنگره ای تاثیر  دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]رستگار ر.، ستوده ا.، عمیدپور م.، تحلیل پارامتری توزیع ‎دما و کارایی مبادله‎کن‎های گرمائی سه‎جریانی با سه ارتباط گرمائی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 49، ش. 4، ص 65-75، 1398.
[2] اکبری کنگرلوئی ر.، عباسعلیزاده م.، پسته ای م. و اسمعیلی سنگری م.، شبیه‌سازی جریان تک فازی و دوفازی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم در مبادله کن گرمایی دو لوله‌ای جریان مخالف و بررسی عملکرد انتقال حرارت و افت فشار در آن. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 50، ش. 4، ص 29-36، 1399.
[3] عصاری م.، ابن عباس ا.، بررسی رفتار حرارتی و سیالاتی مبادله کن گرمایی سرمایش با هوا برای به‌کارگیری در سامانه شبیه ساز ارتفاع. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ،انتشار آنلاین از تاریخ 21 تیر 1399.
[4] نعمت پور کشتلی  ا.، شیخ الاسلامی م.، بررسی عددی اثر افزایش تعداد و چیدمان لوله‌ داخلی درون مبادله کن گرمایی سه لوله‌ای بر رفتار انجماد مواد تغییر فاز دهنده با نانو ذرات Al2O3. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز،انتشار آنلاین از تاریخ 21 تیر 1399.
[5] Kays W.,  London A., Heat transfer and flow friction characteristics of some compact heat exchanger surfaces, Trans. AsME, Vol.72, pp. 1075-1097, 1950.
[6] Beauvais F. ,  An aerodynamic look at automotive radiators, SAE Technical Paper 650470, 1965.
[7] Davenport  C.,  Heat transfer and flow friction characteristics of louvred heat exchanger surfaces, AICHE, pp.19-27, 1983.
[8] Achaichia A., Cowell T., Heat transfer and pressure drop characteristics of flat tube and louvered plate fin surfaces, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol.1, No.2,pp.147-157, 1988.
[9] Chang Y.-J., Wang C.-C., A generalized heat transfer correlation for Iouver fin geometry, International Journal of heat and mass transfer, Vol.40, No.3, pp. 533-544, 1997.
 [10] Chang Y.J., Wang C.C.,  Air side performance of brazed aluminum heat exchangers, Journal of Enhanced Heat Transfer, Vol.3, No.1,pp.15-28,1996.
[11] Wang C., Chang Y., Chi K., Chang Y., A study of non-redirection louvre fin-and-tube heat exchangers, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol.212, No.1,pp. 1-14, 1998.
[12] Wang C.-C., Lee C.-J., Chang C.-T., Lin S.-P., Heat transfer and friction correlation for compact louvered fin-and-tube heat exchangers, International journal of heat and mass transfer, Vol.42, No.11,pp.1945-1956, 1999.
 [13] Leu J.-S., Liu M.-S., Liaw J.-S., Wang C.-C. , A numerical investigation of louvered fin-and-tube heat exchangers having circular and oval tube configurations, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.44, No.22, pp.4235-4243, 2001.
[14] Hsieh C.-T., Jang J.-Y., Parametric study and optimization of louver finned-tube heat exchangers by Taguchi method, Applied Thermal Engineering, Vol.42 , pp.101-110, 2012.
[15] Huisseune H., T’Joen C., De Jaeger P., Ameel B., De Schampheleire S., De Paepe M.,  Performance enhancement of a louvered fin heat exchanger by using delta winglet vortex generators, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.56, No.1, pp.475-487, 2013.
[16] Čarija Z., Franković B., Perčić M., Čavrak M. , Heat transfer analysis of fin-and-tube heat exchangers with flat and louvered fin geometries, International journal of refrigeration, Vol.45,  pp.160-167, 2014.
[17] Wang C.-C., Chen K.-Y., Liaw J.-S., Tseng C.-Y., An experimental study of the air-side performance of fin-and-tube heat exchangers having plain, louver, and semi-dimple vortex generator configuration, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.80, pp. 281-287, 2015.
[18] Sangtarash  F., Shokuhmand  H. , Experimental and numerical investigation of the heat transfer augmentation and pressure drop in simple, dimpled and perforated dimpled louver fin banks with an in-line or staggered arrangement, Applied Thermal Engineering, Vol.82,pp. 194-205, 2015.
 [19] Dezan D.J., Salviano L.O., Yanagihara J.I.,  Heat transfer enhancement and optimization of flat-tube multilouvered fin compact heat exchangers with delta-winglet vortex generators, Applied Thermal Engineering, Vol.101,pp. 576-591,2016.
                        [20] Park J., Sungjoon Byun S., Kim D., Lee K, International Journal of Heat and Mass Transfer, Frost behavior of a louvered fin heat exchanger with vortex-generating fins, Vol.114, pp.590-596, 2017.
                        [21]Sadeghianjahromia A., Kheradmanda S., Nemati H., International Journal of Thermal Sciences, Developed correlations for heat transfer and flow friction characteristics of louvered finned tube heat exchangers, Vol.129, pp.135-144, 2018.
[22] Okbaz A.,  Pınarbas A.,  Olcay B., Aksoy B.,  An experimental, computational and flow visualization study on the air-side thermal and hydraulic performance of louvered fin and round tube heat exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer , Vol.121, pp.153-169, 2018.
[23]Dezana D.,Yanagiharab J. , Guilherme J., Salvianod L., Parametric investigation of heat transfer enhancement and pressure loss in louvered fins with longitudinal vortex generators, International Journal of Thermal Sciences, Vol.135, pp.533-545, 2019.
[24] Kumar A., Hassan M.A., Chand P.,  Heat transport in nanofluid coolant car radiator with louvered fins, Powder Technology,Vol.376, pp.631-642, 2020.
                        [25] Okbaz A., Pinar basi A., Bahadir  O., Experimental investigation of effect of different tube row-numbers, fin pitches and operating conditions on thermal and hydraulic performances of louvered and wavy finned heat exchangers, International Journal of Thermal Sciences , Vol.151, 106256, 2020.
[26] Nouri-Borujerdi  A., Lavasani A.M., Flow visualization around a non-circular tube, International Journal of Engineering Transactions B: Applications, Vol.19, No.1, pp.73-82 , 2006.
[27] Nouri-Borujerdi A., Lavasani A.M., Experimental study of forced convection heat transfer from a cam shaped tube in cross flows, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.50, No,13, pp. 2605-2611, 2007.
[28] Nouri-Borujerdi  A., Lavasani A.M., Pressure loss and heat transfer characterization of a cam-shaped cylinder at different orientations, Journal of Heat Transfer, Vol.130,pp.12, pp.571-575, 2008,
[29] Lavasani A.M., Bayat  H. , Maarefdoost T., Experimental study of convective heat transfer from in-line cam shaped tube bank in crossflow, Applied Thermal Engineering, Vol.65, No.1,pp.85-93, 2014.
[30] Bayat  H., Lavasani A.M., Maarefdoost T., Experimental study of thermal–hydraulic performance of cam-shaped tube bundle with staggered arrangement, Energy Conversion and Management, Vol.85, pp. 470-476, 2014.
[31] Lavasani A.M., Maarefdoost  T. , Bayat H., Effect of blockage ratio on pressure drag and heat transfer of a cam-shaped tube, Heat and Mass Transfer, Vol.52,No.9, pp.1935-1942, 2016.
 [32]مویدیی پ.، میر عبد اله لواسانی آ.، صالحی افشار ک. وابوالفتحی س.، بررسی تجربی تأثیر نسبت منظر بر انتقال گرمای یک لوله بادامکی در جریان عرضی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 50، ش. 3، ص 225-231، 1399.
[33] Sutherland W., LII. The viscosity of gases and molecular force, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol.36, pp.507-531,1893.
[34] Bergman  T.L, Incropera  F.P., Fundamentals of heat and mass transfer, John Wiley & Sons, 2011.
                        [35] FLUENT, User's Guide, Release17.1, Ansys Inc,  2016.
[36] ICEM-CFD, ver. 14.0, ANSYS Inc., Southpointe, 2012.