بهبود عملکرد حرارتی یک کانال مستطیلی به کمک آرایش مختلف بافل‌های V شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

یکی از راه­کارهای افزایش انتقال گرما در کانال­ هواگرمکن­های خورشیدی افزودن بافل­ در مسیر عبور جریان سیال می­باشد. در این مطالعه به بررسی ویژگی­های انتقال گرما  و جریان سیال در کانالی با مقطع مستطیل شکل دارای بافل­های V شکل که بر روی دو صفحه گرمکن خورشیدی در بالا و پایین کانال قرار دارد پرداخته شده است. پارامترهای بررسی شده شامل تعداد ردیف بافل­ها، گام بافل­ها و ارتفاع بافل­ها در اعداد رینولدز مختلف می­باشند. عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و ضریب عملکرد حرارتی به عنوان پارامترهای خروجی مورد بررسی قرار گرفته­اند. معادلات حاکم بر مساله شامل پیوستگی، مومنتوم و انرژی می­باشد. از مدل توربولانسی standard k-ԑ برای حل جریان آشفته در کانال استفاده شده است. نتایج نشان­دهنده این است که با افزایش تعداد ردیف بافل، سرعت جریان هوا افزایش یافته و به تبع آن انتقال گرما نیز افزایش می­یابد. در بررسی گام­های مختلف مشخص شد کانال با بافل­هایی با گام ۵۰ میلی­متر بیشترین ضریب عملکرد حرارتی را دارد. هم­چنین با افزایش ارتفاع بافل­ها در سطح انتقال گرما ثابت، به علت افزایش سرعت جریان عبوری از روی بافل، ضریب عملکرد در حدود %28 افزایش پیدا می­کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hans V.S., Saini R.P., Saini J.S., Heat transfer and friction factor correlations for a solar air heater duct roughened artificially with multiple v-ribs, Solar Energy, Vol. 84, pp. 898–911, 2010.
[2] جلایری قره قونلو, ع. و رضازاده س.، مطالعه عددی تاثیر لوله‌های پره‌دار طولی در مبادله‌کن گرمایی بر انتقال گرما و الگوی جریان. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, د 51، ش 4، ص. 585-592، 1400.
[3] Hans V.S., Gill R.S., Singh S., Heat transfer and friction factor correlations for a solar air heater duct roughened artificially with broken arc ribs, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 80, pp. 77-89, 2017.
[4] Sripattanapipat S., Promvong P., Numerical analysis of laminar heat transfer in a channel with diamond-shaped baffles, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 36, pp. 32–38, 2009.
[5] Priyam A., Chand P., Thermal and thermohydraulic performance of wavy finned absorber solar air heater, Solar Energy, Vol. 130, pp. 250–259, 2016.
[6] Kumar K., Prajapati D.R, Samir S., Heat Transfer and Friction Factor Correlations Development for Solar Air Heater Duct Artificially Roughened with ‘S’ Shape Ribs, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 82, pp. 249-261, 2017.
[7] دهقانی راینی ع.، گنجعلیخان نسب, س. ع، شبیه­سازی عددی هواگرمکن های خورشیدی صفحه ای با در نظر گرفتن اثرات تابش گاز. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د 51، ش 2، ص 72-67، 1400.
[8] Wang L., Wang S., Wen F., Zhou X., Wang Z., Haet transfer and flow characteristics of U-shaped cooling channels with novel wavy ribs under stationary and rotating conditions, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 126, pp. 312–333, 2018.
[9] Promvonge P., Changcharoen W., Kwankaomeng S., Thianpong C., Numerical heat transfer study of turbulent square-duct flow through inline V-shaped discrete ribs, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38, pp. 1392–1399, 2011.
[10] Tongyote P., Promvonge P., Skullong S., Thermal behaviors in heat exchanger channel with V-shaped ribs and grooves, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 150, pp. 263-273, 2019.
[11] Mohammadi K., Sabspooshani M., Comprehensive performance evaluation and parametric studies of single pass solar air heater with fins and baffles attached over the absorber plate, Energy, Vol. 57, pp. 741-750, 2013.
[12] Ho C.D., Chang H., Wang R.C., Lin C.S., Performance improvement of a double-pass solar air heater with fins and baffles under recycling operation, Applied Energy 100, pp. 155–163, 2012.
[13] Kwankaomeng S., Promvong P., Numerical prediction on laminar heat transfer in square duct with 30° angled baffle on one wall, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, pp. 857–866, 2010.
[14] Promvonge P., Jedsadaratan-Achai W., Kwankaomeng S., Numerical study of laminar flow and heat transfer in square channel with 30° inline angled baffle turbulators, Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 1292-1303, 2010.
[15] Jheng-Long L., Hsiang-Wen T., Yang Y.T., Numerical simulation and thermal performance optimization of turbulent flow in a channel with multi-V-shaped baffles, International Communication in Heat and Mass Transfer, Vol. 92, pp. 39-50, 2018.
[16] اتحاد ا. و الهامی امیری ع.، بررسی عددی تاثیر هندسه بلوک‌های متخلخل بر افزایش انتقال گرمای جایجایی و افت فشار در جریان نانوسیال درون کانال‌ها، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 4، ص. 31-40، 1400.            
[17] فرشاد س‌ع. و شیخ‌الاسلامی م.، بررسی عددی افزایش افزایش انتقال گرما نانوسیال در گردآورنده خورشیدی صفحه تخت با قرار دادن نوار پیچشی چند کاناله در داخل لوله، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، ش. 4، ص. 141-149، 1399.
[18] میرزاپور م. و بیاتی م.، بررسی عددی تأثیر تعداد پره بر نرخ افزایش انتقال گرمای داخل کانال در حضور سیال غیرنیوتنی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، ش. 3، ص. 239-248، 1399.
[19] ودیعی ر. و رستم­زاده خسروشاهی ع.، افزایش بازده گرمایی هواگرمکن‌های خورشیدی با استفاده از شیارهای عرضی و تعیین آرایش بهینه شیارها، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، ش. 1، ص. 259-267، 1399.
[20] aravanakumar, P.T., Somasundaram, D., Matheswaran, M.M., Exergetic investigation and optimization of Arc Shaped Rib Roughened Solar Air Heater Integrated with Fins and Baffles, Applied Thermal Engineering, Vol. 175, pp. 115316, 2020.
[21] Bensaci C-E, Moummi A, Sanchez F.J., Rodriguez J. EA, Rincon-Casado A., Ruiz-Pardo A., Numerical and experimental study of the heat transfer and hydraulic performance of solar air heaters with different baffle positions, Renewable Energy, Vol. 155 pp. 1231-1244, 2020.
[22] Promvonge P., Skullong S., Augmented heat transfer in tubular heat exchanger fitted with V-baffled tapes, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 155, pp.106429 ,2020.