تحلیل افت فشار و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دولوله ای مجهز به کویل مارپیچ فلزی توسط دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: علمی ترویجی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، کد پستی 8415683111، اصفهان، ایران

چکیده

در این تحقیق پارامترهای کلیدی مانند عدد ناسلت، ضریب اصطکاک، نسبت عدد ناسلت به ضریب اصطکاک و راندمان کلی ارتقا در اعداد رینولدز مختلف و هندسه‌های متفاوت از حلقه‌های فلزی درون یک مبدل حرارتی دو لوله‌ای به کمک دینامیک سیالات محاسباتی محاسبه شده است. جهت تعیین این پارامترها در مبدل ساده و مبدل‌های حاوی حلقه‌ی فلزی یک مدل سه بعدی در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهند که به‌کارگیری حلقه‌ی فلزی درون مبدل باعث افزایش 2/2 تا 3 برابری عدد ناسلت و 1/1 تا 35/1 برابری ضریب اصطکاک نسبت به مبدل ساده شده است و با افزایش عدد رینولدز عدد ناسلت افزایش و ضریب اصطکاک کاهش می‌یابد و همچنین نسبت ناسلت به ضریب اصطکاک و راندمان کلی ارتقا افزایش می‌یابد. در بررسی اثر گام‌های مختلف حلقه‌ی فلزی، مشاهده شده که با کاهش طول گام حلقه‌‌ها، مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک و نسبت این دو بیشتر می‌شود که نشان دهنده‌ی افزایش بیشتر انتقال حرارت نسبت به افت فشار می‌باشد. متوسط خطای نسبی بین نتایج دینامیک سیالات محاسباتی و نتایج تجربی برای عدد ناسلت برای مبدل ساده 8 درصد و برای مبدل حاوی کویل بین 8 تا 18% می‌باشد. به طور کلی مطابقت خوبی بین داده‌های آزمایشگاهی و نتایج بدست آمده در این تحقیق وجود دارد ، به‌طوری‌که می‌توان از مدل ارائه شده در این تحقیق به خوبی برای پیش‌بینی پارامترهای انتقال حرارت و جریان سیال درمبدل‌های حاوی حلقه‌های فلزی استفاده کرد .

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Mehdi rafiee
  • Masoud Haghshenas Fard
  • Ehsan Ekramian
Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In this study, Computational Fluid Dynamics analysis has been used for predicting Nusselt number, 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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational fluid dynamics
  • metallic wires
  • friction factor
  • Heat Transfer