تحلیل عددی انتقال گرما و تلفات اگزرژی در یک مبادله کن گرمایی دولوله ای با لوله ی مرکزی موجدار: ساختار جدیدی از لوله های موجدار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مکانیک تبدیل انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در مطالعه­ی حاضر، تاثیر استفاده از لوله­های موجدار (بهبود یافته)  به عنوان لوله­ی مرکزی مبادله­کن گرمایی دولوله­ای بر روی انتقال گرما و تلفات اگزرژی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. موج­ها  از یک نیم دایره با قطر­های مختلف شامل 5/2، 5 و 5/7 ­میلیمتر، و یک خط مورب تشکیل شده­اند. لوله­ی مرکزی مبادله­کن گرمایی از جنس مس با قطر 27 میلیمتر و لوله­ی خارجی با قطر 54 میلیمتر و عایق در نظر گرفته شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، استفاده از لوله­های موجدار به عنوان لوله­ی مرکزی مبادله­کن گرمایی دولوله­ای تاثیر قابل توجهی بر روی انتقال گرما و تلفات اگزرژی می­گذارد. به طوری که میزان انتقال گرما در حضور این نوع لوله­ها 07/1 تا 08/3 برابر مبادله­کن گرمایی ساده است. علاوه بر این، تاثیر دمای ورودی آب گرم و دمای ورودی آب سرد بر روی تلفات اگزرژی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده، افزایش اختلاف دمای آب گرم ورودی و آب سرد ورودی باعث افزایش تلفات اگزرژی می­شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Pethkool S., Eiamsa-Ard S., Kwankaomeng S., Promvonge P., Turbulent heat transfer enhancement in a heat exchanger using helically corrugated tube. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 3, pp. 340-347, 2011.
 [2]          Han H., Li B., Shao W., Multi-objective optimization of outward convex corrugated tubes using response surface methodology. Applied Thermal Engineering, Vol. 70, No. 1, pp. 250-262, 2014.
[3] Zhang Z., Yu Z., Fang X., An experimental heat transfer study for helically flowing outside petal-shaped finned tubes with different geometrical parameters. Applied thermal engineering, Vol. 27, No. 1, pp. 268-272, 2007.
[4] Jin Z., Liu., Chen., Gao., Qian., CFD analysis on flow resistance characteristics of six-start spirally corrugated tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 103, pp. 1198-1207, 2016.
[5] Dizaji H., Jafarmadar S., Mobadersani F., Experimental studies on heat transfer and pressure drop characteristics for new arrangements of corrugated tubes in a double pipe heat exchanger. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 96, pp. 211-220, 2015.
[6] Rainieri S., Pagliarini Y., Convective heat transfer to temperature dependent property fluids in the entry region of corrugated tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, No. 22, pp. 4525-4536, 2002.
[7] Ibrahim E., Augmentation of laminar flow and heat transfer in flat tubes by means of helical screw-tape inserts. Energy Conversion and Management, Vol. 52, No. 1, pp. 250-257, 2011.
[8] Pourahmad S., Pesteei S., Effectiveness-NTU analyses in a double tube heat exchanger equipped with wavy strip considering various angles. Energy Conversion and Management, Vol. 123, pp. 462-469, 2016.
[9] Mashoofi N., Pesteei S.M., Moosavi A., Dizaji H., Fabrication method and thermal-frictional behavior of a tube-in-tube helically coiled heat exchanger which contains turbulator. Applied Thermal Engineering, Vol. 111, pp. 1008-1015, 2017.
[10] Akpinar E., Bicer., Investigation of heat transfer and exergy loss in a concentric double pipe exchanger equipped with swirl generators. International journal of thermal sciences, Vol. 44, No. 6, pp. 598-607, 2005.
[11] Hashemian M, Jafarmadar S., Dizaji H., A comprehensive numerical study on multi-criteria design analyses in a novel form (conical) of double pipe heat exchanger. Applied Thermal Engineering, Vol. 102, pp. 1228-1237, 2016.
[12] Dizaji H., Jafarmadar S., Asaadi S., Experimental exergy analysis for shell and tube heat exchanger made of corrugated shell and corrugated tube. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 81, pp. 475-481, 2017.
[13] Yang L., Han H., Li Y., Li X., A Numerical Study of the Flow and Heat Transfer Characteristics of Outward Convex Corrugated Tubes With Twisted-Tape Insert. Journal of Heat Transfer, Vol. 138, No. 2, pp. 024501, 2016.
[14] Mohammed H., Hasan H., Wahid M., Heat transfer enhancement of nanofluids in a double pipe heat exchanger with louvered strip inserts. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 40, pp. 36-46, 2013.
[15] Eiamsa-ard P., Piriyarungroj N., Thianpong C., Eiamsa-ard S., A case study on thermal performance assessment of a heat exchanger tube equipped with regularly-spaced twisted tapes as swirl generators. Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 3, pp. 86-102, 2014.
[16] Ghadirijafarbeigloo S., Zamzamian A., Yaghoubi M., 3-D numerical simulation of heat transfer and turbulent flow in a receiver tube of solar parabolic trough concentrator with louvered twisted-tape inserts. Energy procedia, Vol. 49, pp. 373-380, 2014.
[17] Jamarani A., Maerefat M., Nimvari M., Numerical study of heat transfer in double-tube heat exchanger filled with porous material in a turbulent fluid flow, Vol. 49, pp. 173-184, 2016.
[18] FLUENT, 14.0 Tutorial Guide–ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, 2011.
[19] Pandey S., Nema V., An experimental investigation of exergy loss reduction in corrugated plate heat exchanger. Energy, Vol. 36, No. 5, pp. 2997-3001, 2011.
[20] Durmuş A., Heat transfer and energy loss in a concentric heat exchanger with snail entrance. International communications in heat and mass transfer, Vol. 29, No. 3, pp. 303-312, 2002.
[21] Akpinar E., Evaluation of heat transfer and exergy loss in a concentric double pipe exchanger equipped with helical wires. Energy Conversion and Management, Vol. 47, No. 18, pp. 3473-3486, 2006.
[22] Bergman T., Incropera P., DeWitt D., Lavine A., Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, 2011.