بهبود عملكرد حرارتي پره هاي مستطيلي شكل سوراخ دار

Improving heat performance of rectangular fins

در اين مقاله، جريان آرام غير قابل تراكم سه بعدي هوا بر روي پرههاي سوراخدار مستطيلي شكل با سوراخ دايرهاي به صورت عددي مطالعه گرديد. هندسه مورد مطالعه پره‌اي با 1 تا 2 سوراخ با مقطع دايرهاي، در طول پره ميباشد كه پرهها بر روي يك سطح صاف قرار گرفتهاند. براي حل اين مسيله نرمافزار فلوينت بهكار رفته است. معادلات حاكم به روش حجم كنترل جبري شده و الگوريتم سيمپل بطور همزمان حل شدهاند. جهت تجزيه معادلات مومنتم و انرژي، روش بالا دست جريان مرتبه دوم استفاده شده است. محاسبات براي عدد رينولدز در محدوده 100 تا 350 برحسب ضخامت پره انجام شده است. در اين تحقيق ابتدا مكان بهينه قرارگيري سوراخ در پرههاي سوراخدار تعيين شد سپس عملكرد حرارتي، عدد نوسلت متوسط و نيروي درگ پرههاي سوراخدار با پره توپر مقايسه گرديد. در بررسي ضريب تاثير پره مشخص گرديد پره سوراخدار با دو سوراخ ضريب تاثير بالاتري را دارا ميباشد. با افزايش عدد رينولدز و تعداد سوراخها، ضريب تاثير پره، عدد نوسلت و ضريب انتقال حرارت از واحد حجم پره افزايش مييابد. پره توپر بيشترين نيروي درگ را داراست و براي پره سوراخدار با دو سوراخ نيروي درگ براي دو حالتي كه سوراخها در مكان بهينه و غير بهينه قرار گيرند اختلاف چنداني ندارد. در اين تحقيق براي اولين بار از سوراخ دايرهاي استفاده شد و همانطور كه انتظار ميرفت عملكرد حرارتي بالاتري نسبت به پره توپر دارد كه بصورت عددي ثابت شده است. طبق اين تحقيق پره سوراخدار با دو سوراخ، بيشترين ميزان انتقال حرارت را نسبت به پره سوراخدار با يك سوراخ و پره توپر دارا ميباشد. براساس نتايج مطالعهي حاضر، ضريب انتقال حرارت پره سوراخدار با دو سوراخ بيشترين مقدار را داراست و وزن كمتري نسبت به پره توپر دارد. استفاده از سوراخ دايرهاي، صرفه اقتصادي و سهولت عملي بيشتري را نسبت به ديگر روشهاي بهبود عملكرد پره دارد.

In this paper three-dimensional incompressible laminar fluid flow and heat transfer of a heated array of rectangular perforated and solid fins attached on a flat surface are studied numerically. Perforations with rectangular cross section are along the length of bluff plates and their number varies from 1 to 2. For solving this problem, Fluent software is used. Discretization of the governing equations were achieved through finite volume method and solved with SIMPLE algorithm. The second order upwind technique is used for discretization of momentum and energy equations. Computations were performed for a range of Reynolds numbers (100-350), based on fin thickness. The main contribution of this paper is finding the optimum place of perforations and afterwards comparing the thermal performance and Nusselt number of the fins with one and two perforations and solid fin. Thermal performances and effectiveness of perforated and solid fins are determined and compared. Higher performances for perforated fins are observed and effectiveness increased by increasing number of perforations. By increasing Reynolds number and number of perforations, Thermal performances and effectiveness and Nusselt number increase. Total drag is highest for solid fin and is equal for fin with 2 perforations at optimum and non- optimal place. Higher reduction of weight of fins due to perforation is another major of utilization of the new type of fins structure. The advantages of circular perforation can be mentioned as economic reasons and simplicity of implementation as compared to other developed techniques in the literature.