بررسي تجربي انتقال حرارت و افت فشار در كانال گرمكن هواي خورشيدي داراي دندانه هاي سوراخدار

Experimental investigation of heat transfer and pressure drop in perforated ribs in the solar air heater channel

در مطالعه حاضر انتقال حرارت و افت فشار جريان هوا در داخل كانال مربعي با دندانه‌هاي داراي سوراخ به شكل تجربي بررسي مي‌شود و فرضيه تأثير ايجاد سوراخ در ازبين‌بردن يا كاهش اثر مخرب ناحيه‌ي كم فشار در پشت دندانه كه باعث كاهش افت فشار مي‌شود، مورد واكاوي قرار گرفت. محدوده رينولدز 15000 تا 50000، نسبت ارتفاع دندانه به قطر هيدروليكي كانال 0/11 و 0/14، نسبت قطر سوراخ به ارتفاع دندانه 0/3 و 0/5 و نسبت گام دندانه به قطر كانال در مقادير 20، 25 و 30 بررسي شد. نتايج به منظور اعتبارسنجي با نتايج دندانه معمولي مطالعات پيشين مقايسه شدند كه صحت نتايج تجربي تأييد شد. نتايج نشان داد كه با ايجاد سوراخ در دندانه، افت فشار و مقدار ناسلت توأمان كاهش مي‌يابد؛ اين تأثير نامطلوب در گام‌هاي كوچكتر مشهودتر است. از طرف ديگر، ايجاد سوراخ در دندانه‌هاي بلندتر باعث بهبود عملكرد حرارتي مي‌شود. ضريب عملكرد در بهترين حالت تا 17درصد افزايش يافت. در مواردي كه گام دندانه‌ها بزرگتر است، دندانه‌هاي داراي سوراخ مي‌تواند در كاربردهايي كه نياز به افزايش انتقال حرارت يا كاهش دماي ديواره است و مصرف انرژي دمنده اهميت كمتري دارد، عملكرد سيستم مربوطه نظير گرمكن خورشيدي را تا حد چشمگيري افزايش دهند.

In the present study, heat transfer and pressure drop inside the square channel are investigated experimentally with perforated ribs. The Reynolds range was between 15000 and 50,000. The ratio of ribs height to channel hydraulic diameter was 0.1 and 0.13 and ribs pitch to height ratio was 20, 25, and 30, respectively. The ratio of hole diameter to rib height was 0.3 and 0.5, respectively. The results obtained from the experimental setup developed in the laboratory compared with the results of previous studies, which confirmed the accuracy of the experimental results. The results show that the use of ribs in the channel surfaces results in a significant improvement in the heat transfer rate in the canal as well as an increase in the pressure drop. The perforated ribs resulted in less pressure drop, however, the Nusselt decreased. As well The effect of perforation on the indentation was more evident in the smaller pitch ratio. The results show that in applications where there is a need to lower the wall temperature or increase the heat transfer and the blower energy consumption is less important, using holes in the ribs, the performance of the relevant system such as gas turbine or heaters can be improved.