بهينه سازي انتقال حرارت و افت فشاردر گرم كن هواي خورشيدي باسطوح دندانه دار

Optimization of heat transfer and pressure drop in a solar air heater with ribbed surface

به منظور بهبود انتقال حرارت در پره توربين هاي پيشرفته و گرم كن هواي خورشيدي از دندانه هاي تكرار شونده استفاده مي شود. كاربرد اين دندانه ها در سطوح داخل كانال تاثير قابل توجهي بر مشخصه هاي جريان سيال و انتقال حرارت دارد. وجود دندانه ها انتقال حرارت را به طور چشم گير بهبود مي دهد، اما در عين حال بر افت فشار نيز موثر است. به همين علت نياز است تا مقايسه اي بين ميزان بهبود انتقال حرارت و مقدار توان لازم براي به جريان درآوردن سيال در افت فشار متناظر انجام گيرد. در پژوهش كنوني تلاش شده است تا در يك گرم كن هواي خورشيدي از نوع صفحه اي، مشخصات هندسي دندانه ها براي رسيدن به بهترين بازده حرارتي بهينه سازي شود. براي بهينه سازي از الگوريتم ژنتيك استفاده شد. بهينه سازي با دو هدف صورت پذيرفت. اول بازده حرارتي بالاتر كه تاثير هم زمان انتقال حرارت و افت فشار را در نظر مي گيرد. ديگر اينكه اختلاف دماي جريان هواي ورودي و خروجي مناسب كاربردهاي عملي باشد. مدل رياضي بر مبناي روابط انتقال حرارت توسعه داده شد. ضريب انتقال حرارت جابه جايي در كانال دندانه دار از روابط تجربي محاسبه شد. جريان در رينولدز بين 2300 تا 25000 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج به دست آمده با نتايج تجربي موجود در شرايط مشابه مورد مقايسه و اعتبارسنجي قرار گرفت. مشاهده شد كه بازده حرارتي گرم كن هواي خورشيدي در دبي جرمي پايين در حدود 10% بهبود مي يافت. البته در دبي جرمي بالاتر به دليل افزايش توان مورد نياز جهت غلبه بر افت فشار، اثر دندانه ها كاهش مي يافت و حتي مي توانست باعث كاهش بازده نيز بشود.

Repeated ribs are used to enhance heat transfer in turbine blades and solar air heaters. The ribs have significant effect on the characteristics of heat transfer and fluid flow. Application of ribs enhances the heat transfer significantly، however simultaneously the pressure drop increases. As a result a balance must be made between the improvement in heat transfer and additional power to overcome the elevated pressure drop. In this study، the effect of ribs on the thermal performance of a flat plate solar air heater is investigated to find the optimum set of parameters in a flat plate solar air heater with ribbed surfaces. Genetic algorithm used to perform the optimization. The optimization carried out to meet two objectives، to attain higher thermal efficiency and to guarantee a practical temperature difference in the inlet and outlet of air flow. In a relatively large range of Reynolds numbers from 2300 to 25000، the fluid flow and heat transfer were evaluated. In order to validate the results، comparison has been made with available data in literature. It was found that the application of ribs improve the thermal efficiency about 10% in low air mass flows، however at higher air flow the additional power due to the pressure drop diminish the effect and even might decrease the efficiency.