مطالعه عددي تاثير لوله‌هاي پره‌دار طولي در مبادله‌كن گرمايي بر انتقال گرما و الگوي جريان

Numerical study of the effect of longitudinally finned pipes on heat exchangers for heat transfer and flow pattern

در اين مقاله تاثير تغيير شكل پره­هاي يك مبادله ­كن گرمايي بر انتقال گرما و الگوي جريان سيال مورد بررسي قرار گرفته شده است؛ تا بتوان با مقايسه نتايج مدل­هاي مختلف بهترين مدل را جهت استفاده در اختيار كاربر قرار داد. جهت شبيه ­سازي عددي و گسسته­سازي معادلات حاكم، از روش حجم محدود و براي كوپلينگ معادلات مربوط به ميدان سرعت و فشار از الگوريتم SIMPLEC استفاده شده است. سيال ورودي به مبدل، نيوتوني ، جريان سيال پايا، تراكم­ناپذير و با توجه به محدوده عدد رينولدز، آشفته بوده و شرط عدم لغزش روي ديواره­ مبدل حاكم مي­باشد. ضمنا دماي سيال ورودي 573K و ديواره مبادله­ كن گرمايي دما ثابت و برابر 353K در نظر گرفته شده است. نتايج عددي حاصل با داده­هاي معتبر موجود در ادبيات فن مقايسه شده و تطابق خوبي مشاهده گرديد. عدد ناسلت ميانگين روي ديواره، افت فشار ،دماي سيال خروجي و تغييرات سرعت در شكل­هاي مختلف لوله با جزئيات براي دو دبي جرمي مختلف تحليل شده­اند. نتايج نشان مي­دهند كه مبادله ­كن گرمايي براي تعداد فين شش و دبي جرمي 0/04 عملكرد بهتري داشته و با توجه به نتايج، عدد ناسلت و ضريب عملكرد (PI) بيشتر و افت فشار كمتري را ايجاد مي­نمايد.

In this paper, the fin profile of heat exchangers change effect on the heat transfer and fluid flow pattern has been investigated. In order to best model presentation to the user by comparing the various models results. For numerical simulation and discretization of governing equations, the finite volume method and for coupling the velocity and pressure fields, the SIMPLEC method have been used. The inlet fluid to heat exchanger is Newtonian; the fluid is steady, incompressible and according to Reynolds number range, is turbulent; the no-slip condition has been applied on the walls.Also the inlet fluid temperature is 573K and the heat exchanger walls have constant temperature equal to 353K. The numerical results have been compared with valid data which illustrated good agreement. The average Nusselt number on the wall, pressure drop, output temperature, and velocity variation have been analyzed in different models with more details for two mass flow rates. The results show that the heat exchanger with 6 fins and m ̇=0.04 kg⁄s has best performance and presented the high nusselt and PI and also low pressure drop.