مطالعه عددی تاثیر لوله‌های پره‌دار طولی در مبادله‌کن گرمایی بر انتقال گرما و الگوی جریان

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این مقاله تاثیر تغییر شکل پره­های یک مبادله­کن گرمایی بر انتقال گرما و الگوی جریان سیال مورد بررسی قرار گرفته شده است؛ تا بتوان با مقایسه نتایج مدل­های مختلف بهترین مدل را جهت استفاده در اختیار کاربر قرار داد. جهت شبیه­سازی عددی و گسسته­سازی معادلات حاکم، از روش حجم محدود و برای کوپلینگ معادلات مربوط به میدان سرعت و فشار از الگوریتم SIMPLEC استفاده شده است. سیال ورودی به مبدل، نیوتونی ، جریان سیال پایا، تراکم­ناپذیر و با توجه به محدوده عدد رینولدز، آشفته بوده و شرط عدم لغزش روی دیواره­ مبدل حاکم می­باشد. ضمنا دمای سیال ورودی 573K و دیواره مبادله­کن گرمایی دما ثابت و برابر 353K در نظر گرفته شده است. نتایج عددی حاصل با داده­های معتبر موجود در ادبیات فن مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده گردید. عدد ناسلت میانگین روی دیواره، افت فشار ،دمای سیال خروجی و تغییرات سرعت در شکل­های مختلف لوله با جزئیات برای دو دبی جرمی مختلف تحلیل شده­اند. نتایج نشان می­دهند که مبادله­کن گرمایی برای تعداد فین شش و دبی جرمی 0/04  عملکرد بهتری داشته و با توجه به نتایج، عدد ناسلت و ضریب عملکرد (PI) بیشتر و افت فشار کمتری را ایجاد می­نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hashem-ol-Hosseini, A., M.A. Ghazani, and M.D. Emami., Experimental study and numerical simulation of thermal hydraulic characteristics of a finned oval tube at different fin configurations. In International Journal of Thermal Sciences, Isfahan, Iran, 2020.
[2] Sadeghianjahromi, A., et al., Heat transfer enhancement of wavy fin-and-tube heat exchangers via innovative compound designs. In International Journal of Thermal Sciences, Hsinchu, Taiwan, 2020.
[3] Modi, A.J. and M.K. Rathod., Comparative study of heat transfer enhancement and pressure drop for fin-and-circular tube compact heat exchangers with sinusoidal wavy and elliptical curved rectangular winglet vortex generator. In International Journal of Heat and Mass Transfer, India, 2019.
[4] Baba, M.S., A.S.R. Raju, and M.B. Rao., Heat transfer enhancement and pressure drop of Fe3O4-water nanofluid in a double tube counter flow heat exchanger with internal longitudinal fins. Case studies in thermal engineering, Hyderabad, Telangana, India, 2018.
[5] Kim, N.-H. and R. Webb., Analytic prediction of the friction and heat transfer for turbulent flow in axial internal fin tubes. In Journal of heat transfer, Kumi City, Korea, 1993.
[6] Wang, Q.-W., et al., Investigation of turbulent flow and heat transfer in periodic wavy channel of internally finned tube with blocked core tube. Journal of heat transfer, Xi’an, China, 2008.
[7] Kurşun, B., Thermal performance assessment of internal longitudinal fins with sinusoidal lateral surfaces in parabolic trough receiver tubes. In Renewable energy, Amasya, Turkey, 2019.
[8] Liu, L., et al., Flow and heat transfer characteristics of finned tube with internal and external fins in air cooler for waste heat recovery of gas-fired boiler system. In Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Nanjing, China, 2013.
[9] Wang, Q.-W., M. Lin, and M. Zeng., Effect of lateral fin profiles on turbulent flow and heat transfer performance of internally finned tubes. In Applied Thermal Engineering, Xi’an, China, 2009.
[10] Liu, L., X. Ling, and H. Peng., Complex turbulent flow and heat transfer characteristics of tubes with internal longitudinal plate-rectangle fins in EGR cooler. In Applied thermal engineering, Nanjing, China, 2013.
[11] Liu, L., et al., Experimental and numerical investigation on flow and heat transfer characteristics of a multi-waves internally spiral finned tube. In International Journal of Heat and Mass Transfer, Changzhou, China, 2021.
[12] Abu-Hamdeh, N.H. and A. Alimoradi., Investigation of the effect of the finned coiled wire insert on the heat transfer intensification of circular tube. In Energy and exergy analysis. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, Jeddah, Saudi Arabia, 2021.
[13] محمدی ر.، قاسمی ا. و صفی­خانی ح.، بهبودعملکرد مبادله­کن گرمای پوسته و لوله در واحد تقطیر نفت خام شرکت پالایش نفت امام خمینی(ره) شازند. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د.49، ش.4، ص 239-248، 1398.
[14]  ساجدی ر. و جعفری م.، بررسی تجربی معیارهای مختلف قضاوت گرمایی نانوسیالات در رژیم جریان لایه­ای در مبادله­کن گرمایی پره­دار. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د.47، ش.3، ص 127-119، 1395.
[15] Lee, H.-H., Finite element simulations with ANSYS Workbench 18. 2018: SDC publications.
[16] McKelvey, R.D., A.M. McLennan, and T.L. Turocy, Gambit: Software tools for game theory. 2006.