شبيه سازي عددي جريان سيال و انتقال حرارت در مبدل حرارتي لوله پيچشي بيضي شكل

Numerical simulation fluid flow and heat transfer in twisted oval tube heat ex-changer

مبدل‌هاي حرارتي لوله پوسته اي با لوله هاي پيچشي بيضي شكل نوع جديدي از مبدلهاي حرارتي هستند كه به دليل پيچيدگي هندسي لوله ها اخيرا مورد توجه بيشتري در صنعت قرار گرفته اند. در مطالعه حاضر، اثر جايگزيني لولههاي پيچشي به جاي لولههاي معمولي و صاف بررسي شده است. و تغييرات در پارامتر هندسي لوله (نسبت A/B كه A و B به ترتيب قطر بزرگ و كوچك بيضي هستند) براي بالا بردن راندمان و مشخص نمودن نسبت بهينه ان مورد بررسي قرار گرفته است. تحقيق مورد نظر بصورت سه بعدي و جريان آرام با خواص ثابت درنظر گرفته شده است. با يك دبي ثابت، 13 نسبت قطر بيضي از نسبت 1 تا 4 مورد بررسي قرار گرفته است. براي هر كدام نيز 8 سرعت سيال مختلف بررسي شده است. در پايان مشخص شد كه شار حرارتي ديوارهها، از نسبت 1A/B= (يعني دايره) تا 2A/B=، روند افزايشي دارد، يا به عبارت ديگر با كشيدهتر شدن بيضي تا نسبت 2A/B= انتقال حرارت بهتر ميشود. ولي از اين نسبت به بعد تغيير چنداني در شار حرارتي مشاهده نميشود. همچنين با افزايش نسبت A/B و افزايش سرعت، افت فشار بيشتري مشاهده ميشود كه اصل برنولي نيز گوياي همين امر است و همين دو عامل (افزايش نسبت A/B و كاهش فشار) باعث ميشود شدت جريان حلزوني شديدتر شود و سبب تشكيل جريانهاي ثانويه گردد.

Oval twisted tube heat exchangers is the new type of shell and tube heat exchanger and widely used in industry. In this study, the replacement of conventional circular tube to oval tube and changes in the geometric parameters of the tube (the ratio of A / B) in order to enhance the efficiency and determine the optimum ratio is studied. The analysis is three-dimensional and the flow assumed to be incompressible and laminar. Fluid is water and its properties are fixed. For analysis 13 cases with oval diameter ratio of 1 to 4 were investigated. For each ratio analysis for 8 different fluid velocities has been done. After analysis, it was found that the heat flux through the tube walls of the ratio A / B = 1 (the circle) to A / B = 2 (where A and B are the large and small diameter of oval) is increased. But for the larger ratios there is no significant change in thermal flux. It is not observed. Also, the ratio of A / B and speed, pressure drop can be seen that Bernoulli s principle, which suggests that these two factors (the ratio of A / B and pressure reduction) makes the spiral flow rate and more severe and Due to the formation of secondary flow. Also according to Bernoulli’s principle, by increasing the A/B ratio, pressure drop is increased and this two reasons make more spiral flow and cause the formation of secondary flow.