بررسی عددی عملکرد گرمایی و هیدرودینامیکی لوله‌های پره‌دارحلقوی ـ بیضوی در مقایسه با حلقوی ـ دایره‌ای

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

چکیده

انتقال گرما و افت فشار سیال در گذر از دسته لوله چهار ردیفی با پره­ های حلقوی ـ بیضوی در آرایش مثلثی مورد بررسی قرار گرفت. پنج هندسه گوناگون در سه تراکم پره، با گذر سیال در چهار عدد رینولدز گوناگون شبیه‌سازی شد. روشن است که یک دسته از این هندسه‌ها پره‌های دایره‌ای است که حالت ویژه ­ای از پره‌های بیضوی است که در آن نسبت دو قطر بیضی برابر با یک می‌باشد. مشخص شد که عدد ناسلت در پره­ های بیضوی در حالت افقی کم­ترین مقدار و در حالت عمودی بیش­ترین مقدار را دارا هستند. همچنین پره­ های دایره­ای افت فشار بیش­تری نسبت به پره ­های بیضی افقی و عمودی دارند و پره­ های بیضی عمودی نیز که قطر عمودی یکسانی با پره­ های دایره دارند افت فشار کم­تری ایجاد می‌نمایند. باوجود آن که ضریب انتقال گرما در پره‌های افقی کمی کم­تر از پره‌های دایره‌ای است، افت فشار در آن‌ها می‌تواند تا حدود 70% کم­تر از افت فشار در پره‌های دایره‌ای باشد. محاسبه معیار ارزیابی عملکرد نشان می‌دهد پره‌های دایره‌ای در مقایسه با پره‌های بیضوی از عملکرد بسیار پایین‌تری برخوردار هستند. سرانجام رابطه‌ای برای محاسبه افت فشار و انتقال گرما بر روی پره‌های بیضوی بر مبنای پره‌های دایره‌ای ارایه شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Arslanturk C., Simple Correlation Equations for Optimum Design of Annular Fins with Uniform Thickness, Appl. Therm. Eng., 25: 2463-2468 (2005).
[2] طاهونی نسیم؛ میریحیایی سمیرا، جدا فاطمه، فلاحی حمیدرضا، پنجه شاهی محمدحسن؛ طراحی و بهینه سازی مبدل­های گرمایی چند جریانه با در نظر گرفتن نوع پره و تغییر ویژگی­ های فیزیکی سیال، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)31: 41 تا54 (1391).
[3] طاهونی نسیم، میریحیایی سمیرا، جدا فاطمه، فلاحی حمیدرضا، پنجه شاهی محمدحسن؛  تحلیل گرمایی و هیدرولیکی مبدل­های گرمایی فشرده صفحه ای با پره­ های موجدار، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)34: 77 تا104 (1394).
[4] Jafari Nasr M.R., Analysis of Fouling in HVAC Heat Exchangers by CFD, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 34(3): 51-60 (2015).
[5] Sheu T.W.H., Tsai S.F., A Comparison Study on Fin Surface in Finned-Tube Heat Exchangers, Int. J. Numer. Meth. Heat Fluid Flow, 9(1): 92-106 (1999).
[6] Romero-Mendez R., Sen M., Yang K.T., McClain R., Effect of Fin Spacing on Convection in a Plate Fin and Tube Heat Exchanger, Int. J. Heat Mass Transfer, 43: 39-51 (2000).
[7] Hu X., Jacobi A.M., Local Heat Transfer Behaviour and its Impact on a Single-Row Annularly Finned Tube Heat Exchanger, ASME Journal of Heat Transfer, 115: 66-74 (1993).
[8] Kuntysh V.B., Stenin N.N., Heat Transfer and Pressure Drop in Cross Flow Through Mixed Inline-Staggered Finned Tube Bundles, Therm. Eng., 40: 126-129 (1993).
[9] Mon M.S., Gross U., Numerical Study of Fin-Spacing Effects in Annular-Finned Tube Heat Exchangers, Int. J. Heat Mass Transfer, 47: 1953-1964 (2004).
[11] Chen H.T, Chiu Y.J., Liu C.S.L., Chang J.R., Numerical and Experimental Study of Natural Convection Heat Transfer Characteristics for Vertical Annular Finned Tube Heat Exchanger, Int. J. Heat Mass Transfer, 109: 378-392 (2017).
[13] Senapati J.R., Dash S.K, Roy S., Numerical Investigation of Natural Convection Heat Transfer Over Annular Finned Horizontal Cylinder, Int. J. Heat Mass Transfer, 96: 330-345 (2016).
[14] Kundu B., Das P.K., Performance Analysis and Optimization of Elliptic Fins Circumscribing a Circular Tube, Int. J. Heat Mass Transf., 50: 173-180 (2007).
[15] Nagaranie N, Mayilsamy K., Murugesan A., Experimental Heat Transfer Analysis on Annular Circular and Elliptical Fins, IJEST, 2:  2839-2845 (2010).
[16] Nemati H., Samivand S., Simple Correlation to Evaluate Efficiency of Annular Elliptical Fin Circumscribing Circular Tube, Arab. J. Sci. Eng., 39: 9181-9186 (2014).
[17] Zhukauskas A., Investigation of Heat Transfer in Different Arrangements of Heat Exchanger Surfaces, Teploenergetika, 21: 40-46 (1974).
[18] Jacobi A.M., Shah R.K., Air-Side Flow and Heat Transfer in Compact Heat Exchangers: A Discussion of Enhancement Mechanisms, Heat Transfer Eng., 19: 29-41 (1998).
[19] Abraham J.P., Sparrow E.M., Tong J.C.K., Heat Transfer in All Pipe Flow Regimes: Laminar, Transitional/Intermittent, and Turbulent, Int. J. Heat Mass Transfer, 52: 557-563, (2009).
[20] Abraham J.P., Sparrow E.M., Minkowycz W.J., Internal-Flow Nusselt Numbers for the Low-Reynolds-Number End of the Laminar-to-Turbulent Transition Regime, Int. J. Heat Mass Transfer, 54: 584-588 (2011).
[21] Osley, W.G., ögemüller P.Dr, Ellerby P., Gibbard I., Computational Fluid Dynamics Investigation of Air Cooled Heat Exchangers, Chem. Eng. Trans., 39: 1351-1356 (2014).
[23] Menter F., Esch T., Kubacki, S., "Transition Modeling Based on Local Variables", 5th Int. Symp. on Engineering Turbulence Modeling and Measurements, Mallorca, Spain, (2002).
[24] Verein Deutscher Ingenieure., VDI-Wärmeatlas., Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, Aufl. Berlin u.a., Springer, 8, 1997.
[25] Web, R.L., Performance Evaluation Criteria for Use of Enhanced Heat Transfer Surfaces in Heat Exchanger Design, Int. J. Heat Mass Tran., 24(4): 715-726 (1981).
[26] Usui H., San k., Iwashita K., Isozaki A., Enhancement of Heat Transfer by a Combination of
an Internally Grooved Rough Tube and a Twisted Tape., Int. J. Chem. Eng., 26: 97-104 (1986).
[27] Karwa R., Sharma Ch., Karwa N., Performance Evaluation Criterion at Equal Pumping Power for Enhanced Performance Heat Transfer Surfaces. J. Sol. Energy, 2013: 9 (Article ID 370823) (2013).