بهينه‌سازي عددي يك رادياتور خانگي و بررسي تجربي ظرفيت حرارتي آن

Numerical Optimization of a Household Radiator and Experimental Investigation of Its Thermal Capacity

رادياتورها ازجمله وسايل رايج در گرمايش فضاهاي خانگي و اداري محسوب مي‌شوند و ارتباط تنگاتنگ با بخش انرژي دارند. در يك رادياتور، انتقال حرارت با افزايش جريان هوا در امتداد سطوح گرم و با افزايش اختلاف دماي هوا و سطح حرارتي افزايش مي‌يابد. ابتدا تحليل عددي پديده انتقال حرارت جابجايي آزاد به كمك نرم‌افزار تجاري فلوينت، جهت يافتن طرح بهينه از يك رادياتور آلومينيومي صورت گرفت و سپس به‌منظور ارزيابي حرارتي آن از استاندارد ملي ايران به شماره 4022 در تطابق با استاندارد جهاني ايزو 3148 به‌عنوان مرجع آزمون تجربي بهره گرفته شد. مطابق با اين استاندارد اتاق آزمون شامل دو اتاقك تودرتو است: اتاقك داخلي و محفظه خارجي؛ در اتاقك داخلي رادياتور قرار مي‌گيرد و محفظه خارجي توسط هواي سرد قابل خنك شدن است. در اين تحقيق، سه تست در دماهاي مختلف متوسط آب گرم ورودي و خروجي رادياتور برابر با °C5±80، °C5±65 و °C5±50، جهت يافتن رابطه تجربي ظرفيت حرارتي رادياتور صورت گرفت. در همه تست‌ها، دماي متوسط اتاق به‌وسيله 20 حسگر دمايي جانمايي‌شده در محيط اتاق آزمون، در محدوده بين °C19 تا °C21 نگه‌ داشته شد. مقايسه نتايج تجربي ظرفيت حرارتي رادياتور با نتايج تحليل عددي توافق خوبي را نشان مي‌دهد.

Radiators are common devices for heating home and office spaces and have a close relationship with the energy sector. In a radiator, heat transfer is increased with increasing of air flow rate along heated surface as well as temperature difference between bulk air and heated surface. First, in order to find the optimum design of an Aluminum radiator numerical analysis of free convection heat transfer using commercial software Fluent has been performed and then for its thermal evaluation the Iranian national standard 4022 which is accordance with international standard ISO 3148 is used as reference experiment. According to the standard, the test room includes a double room: interior and exterior chamber.The radiator is placed inside the chamber and the exterior chamber is cooled using cooled air. Here, three sets of experimental test are performed at different average of inlet and outlet water temperatures of 80 ± 5, 65 ± 5 and 50 ± 5 °C. The average temperature of the interior testing room is controlled by 20 thermocouples mounted in the test room to be maintained in the range of 19 to 21 °C. Experimental results of the radiator heat rate were compared with numerical analysis and good consistency between the results was found.