The effect of geometrical parameters on heat transfer coefficient in helical double tube exchangers

مبدل هاي حرارتي مارپيچ به دليل ساختار فشرده و داشتن ضريب انتقال حرارت مناسب، به صورت وسيعي در صنايعي مانند فرايندهاي تبريد، تهويه مطبوع و همچنين براي بازيافت گرماي اتلافي با استفاده از رياكتورهاي هسته اي كاربرد دارند. ساختار جريان و انتقال حرارت در اين نوع از مبدل هاي حرارتي، پيچيده مي باشد. در اين مقاله سعي شده است تا با استفاده از نرم افزار ديناميك سيالات محاسباتيِ فلوينت، تاثير پارامترهاي هندسي همچون شعاع حلقه، گام حلقه و قطر لوله ها بر روي مشخصه هاي انتقال حرارتي مبدل حرارتي مارپيچ، به صورت عددي بررسي شود. شبيه سازي مدل حاضر بر اساس اصول انتقال حرارتي، مكانيك سيالات و ترموديناميك انجام گرفته است. به طوري كه با اعمال شرايط مرزي مناسب و تعداد شبكه كافي، نتايج بدست آمده حاصل از مدل سازي عددي حاضر مستقل از شبكه بندي مورد نظر بوده و تفاوت بسيار كمي بين اين نتايج و نتايج تجربي موجود بدست آمد. نتايج بدست آمده نشان دادند كه به هنگام افزايش عدد دين داخلي، افزايش قطر داخلي لوله ها، افزايش نسبت انحنا و كاهش گام حلقه‏هاي مبدل حرارتي، انتقال حرارت موجود در مبدل حرارتي مارپيچ افزايش مي يابد.

Helical coil heat exchangers are widely used in industrial applications ranging from cryogenic processes, air-conditioning, and nuclear reactors to waste heat recovery due to their compact size and high heat transfer coefficient. In this kind of heat exchangers, flow and heat transfer are complicated. This paper reports a numerical investigation of the influence of different parameters such as coil radius, coil pitch and diameter of tube on the characteristics of heat transfer in helical double tube heat exchangers using the well-known Fluent CFD software. Modeling of the study was implemented based on principles of heat transfer, fluid mechanics, and thermodynamics. By imposing boundary conditions and selecting of an appropriate grid, whereby the results are independent of meshing, the obtained results were compared and validated with existing experimental results in the open literature. The results indicate that heat transfer augments by increasing of the inner Dean number, inner tube diameter, curvature ratio, and by the reduction of the pitch of the heat exchanger coil.