ارايه روشي به منظور ارزيابي و مطالعه پارامتري مبدل هاي حرارتي سه جرياني صفحه اي – فين دار با فين هاي مستطيلي

Design and Parametric Study of Three Stream Plate-Fin Heat Exchangers with Rectangular Fins

ارزيابي و طراحي مبدل هاي حرارتي سه جرياني برخلاف انواع دوجرياني آن داراي پيچيدگي بسيار زيادتري بوده و هنوز روش جامع و بالغي به اين منظور ارايه نشده است. در اين مقاله يك روش جديد به منظور ارزيابي مبدل هاي حرارتي سه جرياني صفحه اي – فين دار با فين هاي مستطيلي ارايه مي گردد. منظور از ارزيابي يك مبدل حرارتي، محاسبه بارحرارتي آن مبدل حرارتي يا به عبارتي ديگر محاسبه دماي خروجي هر جريان و نيز محاسبه افت فشار هر يك از جريان ها مي باشد. به همين منظور در اين مقاله، معادلات ديفرانسيل بقاي انرژي و انتقال حرارت مربوط به هر جريان در حالت كلي استخراج و يك دستگاه معادله ديفرانسيل بر حسب دماهاي خروجي تشكيل شده و سپس جواب عمومي براي حصول مقدار دماي خروجي هر جريان استحصال مي گردد. از طرفي به منظور بسط اين جواب عمومي به مبدل هاي حرارتي سه جرياني صفحه اي – فين دار، مدل سازي هندسي، حرارتي و هيدروليكي اين نوع از مبدل هاي حرارتي با استفاده از پارامترهاي هندسي فين هاي موجود – كه در اين مقاله بدون از دست دادن كليت مساله فين هاي مستطيلي انتخاب شده است – انجام مي گيرد. بر اساس معادلات حاصل، الگوريتم كلي ارزيابي يك مبدل حرارتي صفحه اي – فين دار سه جرياني با جزييات ارايه مي گردد. به منظور بررسي روش و الگوريتم ارايه شده، از يك مطالعه موردي استفاده و نتايج آن بيان شده است. به منظور بررسي تاثير پارامترهاي هندسي فينها نظير ارتفاع و فركانس فين بر بار حرارتي مبدل حرارتي و مقدار افت فشار جريان ها، يك مطالعه پارامتري روي مطالعه موردي مذكور انجام گرفته و نتايج حاصل ارايه شده است.

In contrast with two stream heat exchangers, the three stream ones owns much more complexity in design and rating and a comprehensive rating method has not been proposed, yet. In this paper, a new rating method is presented in order to be used in three stream plate –fin heat exchangers. Rating, in heat exchangers, means finding out the heat load of the heat exchanger or in other words calculating the outlet temperature of each stream and furthermore, determining the pressure drops of each stream. In this paper, the differential equations of energy conservation and heat balance of each steam is extracted and a set of differential equations in terms of outlet temperatures is constructed. The general solution of this set of equations is then extracted. In order to expand the general solution to plate –fin heat exchangers, the geometric, thermal and hydraulic modeling are applied based on fin geometric specification which used rectangular type in this paper without losing generality. Based on all of the extracted equations, a comprehensive algorithm of rating of the three stream plate –fin heat exchangers is presented. In order to evaluate the presented algorithm, a case study is used and the results will be shown. Furthermore, a parametric study is applied to the case study to evaluate the effects of the geometric parameters of the fins such as height and frequency on heat load and pressure drop of the heat exchanger.