تحليل افت فشار و انتقال حرارت در يك مبدل حرارتي دولوله‌اي مجهز به كويل مارپيچ فلزي توسط ديناميك سيالات محاسباتي

Analysis of Pressure Drop and Heat Transfer in a Double-pipe Heat exchanger Equipped with Coiled Wire by Computational Fluid Dynamics (CFD)

در اين تحقيق پارامترهاي كليدي مانند عدد ناسلت، ضريب اصطكاك، نسبت عدد ناسلت به ضريب اصطكاك و راندمان كلي ارتقا در اعداد رينولدز مختلف و هندسههاي متفاوت از حلقههاي فلزي درون يك مبدل حرارتي دو لولهاي به كمك ديناميك سيالات محاسباتي محاسبه شده است. جهت تعيين اين پارامترها در مبدل ساده و مبدلهاي حاوي حلقهي فلزي يك مدل سه بعدي در نظر گرفته شده است. نتايج نشان ميدهند كه بهكارگيري حلقهي فلزي درون مبدل باعث افزايش 2/2 تا 3 برابري عدد ناسلت و 1/1 تا 35/1 برابري ضريب اصطكاك نسبت به مبدل ساده شده است و با افزايش عدد رينولدز عدد ناسلت افزايش و ضريب اصطكاك كاهش مييابد و همچنين نسبت ناسلت به ضريب اصطكاك و راندمان كلي ارتقا افزايش مييابد. در بررسي اثر گامهاي مختلف حلقهي فلزي، مشاهده شده كه با كاهش طول گام حلقهها، مقدار عدد ناسلت و ضريب اصطكاك و نسبت اين دو بيشتر ميشود كه نشان دهندهي افزايش بيشتر انتقال حرارت نسبت به افت فشار ميباشد. متوسط خطاي نسبي بين نتايج ديناميك سيالات محاسباتي و نتايج تجربي براي عدد ناسلت براي مبدل ساده 8 درصد و براي مبدل حاوي كويل بين 8 تا 18% ميباشد. به طور كلي مطابقت خوبي بين دادههاي آزمايشگاهي و نتايج بدست آمده در اين تحقيق وجود دارد ، بهطوريكه ميتوان از مدل ارايه شده در اين تحقيق به خوبي براي پيشبيني پارامترهاي انتقال حرارت و جريان سيال درمبدلهاي حاوي حلقههاي فلزي استفاده كرد .

friction factor, and the overall enhancement efficiency in a double pipe heat exchanger under different Reynolds numbers and several of coiled wires geometries. A three-dimensional model has been used for investigation of the parameters in a simple tube and coiled wire inserted tubes. The results show that in the heat exchangers with coiled wires, the Nusselt number, and friction coefficient increases up to 2.2-3 times and 1.1-1.35 times respectively. By increasing the Reynolds number, the Nusselt number and the overall enhancement efficiency increase and the friction factor reduces. In addition, it was observed that by decreasing the wires curvature length, the friction coefficient and the Nusselt number increase. The average relative error between the CFD predictions and experimental data for simple tube is about 8% and for coiled wire geometry is about 8 to 18%. The CFD predictions have been compared to the experimental data and showed pretty good agreement, so the model presented in this study is suitable for predicting the Nusselt numbers and friction factor in the heat exchangers equipped with coiled wires.