بهبود عملكرد مبدل حرارتي لوله در لوله در آب شيرين كن تراكم بخار و ارايه رابطه نيمه تجربي عدد ناسلت

Performance enhancement of tube-in-tube heat exchanger utilized in mechanical vapor compression system along with its semi-empirical Nusselt number

شيرين سازي آب به روش تراكم بخار يكي از روش هاي موثر در مقياس كوچك مي باشد. اين نوع آب شيرين كن داراي دو جريان خروجي گرم است. از اين جريان ها در يك مبدل حرارتي براي پيش گرم نمودن آب تغذيه ورودي استفاده مي شود. در اين پژوهش مبدل حرارتي لوله در لوله به عنوان پيش گرم كن حرارتي با تعداد لوله هاي داخلي متفاوت، طراحي و ساخته شد. اين مبدل شامل تعدادي لوله داخلي است، هر يك از لوله ها مسيري جداگانه براي يك جريان گرم است. آزمايش ها براي مبدل با يك، دو و سه لوله داخلي انجام شد. ميزان دبي 30 تا 120 ليتر در ساعت در لوله بيروني و 20 تا 90 ليتر در ساعت در لوله هاي داخلي در نظر گرفته شده است. نتايج نشان داد با افزايش تعداد لوله هاي داخلي از يك به سه، ضريب انتقال حرارت 29 درصد افزايش مي يابد. اما كاهش قطر هيدروليكي معادل لوله بيروني به ميزان 38.4 درصد ، موجب شد، ناسلت ميانگين 22 درصد كاهش يابد. براي تعيين تعداد لوله داخلي معيار ضريب بي بعد بهبود عملكرد به صورت نسبت تغييرات نرخ انتقال حرارت به توان لازم براي پمپاژ جريان تعريف شد. بررسي عملكرد مبدل نشان داد كه افزايش تعداد لوله هاي داخلي از 1 به 2 موجب بهبود عملكرد مي شود. اما در افزايش تعداد لوله هاي داخلي از 2 به 3 تاثير قابل ملاحظه اي بر عملكرد مبدل مشاهده نمي شود .در پايان يك رابطه نيمه تجربي براي عدد ناسلت ميانگين در مبدل با دو لوله داخلي كه بهترين گزينه براي استفاده در آب شيرين كن، در اين محدوده از دبي مي باشد، ارايه گرديد.

Vapor compression is an effective method of desalination in a small scale system. Such system has two hot outlet flows. These flows are used to preheat the feedwater. In this research, tube-in-tube heat exchanger with different number of inner tubes was designed and constructed as preheater. This heat exchanger contains many inner tubes where each tube is a separate inner flow line for hot flow. Heat exchanger was tested with one, two and three inner tubes. Volumetric flow rates varied from 30 to 120 lit/h in annulus and 20 to 90 lit/h for inner tubes respectively. The results showed that by changing the number of inner tubes from 1 to 3, heat transfer increased 29%. However, 38.4% decrease in equivalent hydraulic diameter led to 22% drop in average Nusselt number. Afterward, a dimensionless coefficient of performance enhancement, defined as the ratio of heat transfer rate variation and the required pumping power, was used to determine number of inner tubes. The results implied that heat exchanger performance improved by increasing the number of inner tubes from 1 to 2. But there is no significant improvement when number of inner tubes changes from 2 to 3. Finally, a semi-empirical equation is presented for determination of Nusselt number in a heat exchanger with two inner tubes. This study indicated that this type of heat exchanger has the best performance for the system within the tested range.