تاثير هندسه نوارهاي پيچيده شده و پره‌هاي پيچيده شده بر راندمان مبدل حرارتي دو لوله اي

Effect of twisted tape inserts and twisted fins Geometry on double-pipe heat exchanger efficiency

نياز روز افزون به توسعه و ارتقاي مبدل هاي حرارتي به ويژه از نظر افزايش ميزان انتقال حرارت و راندمان سبب شكل‌گيري تلاش هايي فزاينده در جهت دستيابي به مبدل هايي با ابعاد كوچكتر و هزينه‌هاي كمتر گرديده است. لذا ساده ترين نوع مبدل حرارتي كه مبدل دو لوله اي است با سه ساختار هندسي متفاوت يعني افقي ساده،U -شكل و مارپيچ فضايي در شرايط عملكرد يكسان از نظر خواص حرارتي سيالات بكار رفته و نيز شرايط يكسان مكانيكي، ترموديناميكي و سيالاتي از جمله سرعت، فشار ورودي، دماي محيط، جنس و زبري و نيز شرايط مرزي، اوليه و نهايي يكسان آناليز گرديد. مساحت سطوح تبادل كننده حرارت مساوي است. اين هندسه ها در ابعاد كوچك ميل كننده به ساختار ريزمبدلها طراحي شده و به روش CFD و مدل k-Ɛ تحليل عددي گرديدند. راندمان هر يك از اين مبدلها محاسبه و كاراترين ساختار از سه هندسه فوق متمايز گرديد كه حاكي از برتري مبدل U-شكل مسطح از نظر ميزان تاثير حرارتي مبدل۱ است. جهت مشاهده تاثير نوار و پره هاي پيچيده شده و شناسايي برترين ساختار هندسي از نظر ميزان تاثير، سه هندسه مسطح فوق با گام پيچش متوسط نوارها و پره هاي تعبيه شده در سرتاسر لوله ها به عنوان سه هندسه جديد با همان شرايط مرزي قبل و در ابعاد ريز مبدل مطالعه شد. در تحليل هاي مرتبط با هندسه هاي داراي قطعات تعبيه شده از مدل k-ω در آناليز CFD استفاده شد. در اين مرحله فرض ثابت بودن چگالي هوا با در نظر گرفتن هوا به عنوان گاز ايده آل حذف گرديد. در تمام تحليل ها، مبدل ها داراي جريان نا همسو بوده و سيالات كاري آب و هوا مي باشد. نتايج بدست آمده براي مبدل افقي مسطح كه داراي كمترين راندمان در حالت مسطح مي باشد با مبدل افقي داراي قطعات تعبيه شده مقايسه شد تا ارتقاء تبادل حرارت و راندمان آن نمايان گردد.

Increasing demand to heat exchangers development and enhancement especially in terms of enhancing heat transfer rate and efficiency causes growing efforts to reach smaller and more economical heat exchangers. In this regard, the simplest heat exchanger that is the double pipe heat exchanger was selected in three geometric structures that include: (1)straight horizontal, (2)U-Type and (3)helical and analyzed in the same operating situations in terms of working fluids thermal properties and the same mechanical thermodynamic and fluid conditions included: velocity, inlet pressure, ambient temperature, material, roughness, boundary and initial and final conditions. heat exchanging surfaces area in all geometries are equal. These geometries designed small to fit miniature heat exchangers dimensions and analyzed numerically by k-Ɛ model of CFD method. Efficiency of these three plain heat exchangers was calculated and the most effective geometric structure distinguished that resulted in Superiority of plain U-Type heat exchanger in term of effectiveness. To view the twisted tape inserts and fins impacts on efficiency and performance, the above plain geometries was equipped with embedded twisted tape inserts and fins with moderate twisted pitch throughout the pipes as three brand-new geometric constructions. With all previous conditions, geometries with embedded components was studied numerically by applying k-ω model of CFD method. In all analyzes, the heat exchangers had counter-flow streams and working fluids were water and hot air. At this stage, the assumption of the constant air density was eliminated by consideration of air as ideal gas during the heat exchange processes. Finally, the results obtained for the plain straight horizontal geometry which have the lowest efficiency in plain mode, were compared with the straight horizontal heat exchanger equipped with embedded parts in order to its enhancement of heat exchange and efficiency be revealed.