پيش بيني ضريب اصطكاك سمت كويل در مبدل‌هاي حرارتي پوسته-كويل با استفاده روش عددي

Prediction of the friction factor of the coil side in shell and coiled tube heat exchangers using numerical method

در اين كار جريان دائمي سيال در مبدل‌هاي حرارتي پوسته كويل شبيه سازي و مورد تحليل قرار گرفته است. با استفاده از روش عددي تاثير پارامتر‌هاي گام، قطر كويل، قطر لوله، قطر پوسته، ارتفاع كويل، ارتفاع پوسته وعدد رينولدز بر روي ضريب اصطكاك سمت كويل مورد بررسي قرار گرفته است. به طور كلي چهل وضعيت مختلف در كار عددي مورد تحليل قرار گرفته است. آب به عنوان سيال كاري هر دو سمت انتخاب شده است كه ويسكوزيته و هدايت حرارتي آن تابع دما در نظر گرفته شده است. براي در نظر گرفتن اثرات آشفتگي جريان از مدل kέ استاندارد استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه قطر كويل مهمترين پارامتر هندسي موثر بر روي ضريب اصطكاك سمت كويل مي‌باشد به طوري كه با ثابت ماندن پارامترهاي ديگر، اگر قطر كويل %60 افزايش يابد، ضريب اصطكاك كويل %6/30 كاهش مي‌يابد. همچنين با ثابت ماندن پارامترهاي ديگر اگر قطر لوله دو برابر شود ضريب اصطكاك %5/16 افزايش مي‌يابد، اگر ارتفاع پوسته 2 برابر شود ضريب اصطكاك سمت كويل %7/11 افزايش مي‌يابد درحالي كه اثر پارامترهاي هندسي ديگر مبدل بر روي ضريب اصطكاك سمت كويل بسيار كمتر از اثر قطر كويل، قطر لوله و ارتفاع پوسته مي‌باشد. همچنين رابطه‌اي براي تخمين ضريب اصطكاك سمت كويل پيشنهاد شده است كه علاوه بر اثر عدد رينولدز اثر كل پارامترهاي هندسي تعريف شده را نيز شامل مي‌شود. اين رابطه براي محدوده‌ي گسترده‌اي از عدد رينولدز ( عدد رينولدز بين 2700 تا 38000) قابل استفاده مي‌باشد و با روابط ارائه شده در كارهاي قبلي مقايسه شده است.

In this work steady flow of fluid in shell and coiled tube heat exchangers has been simulated then analyzed. Effect of pitch, coil’s diameter, tube’s diameter, shell’s diameter, coil’s height, shell’s height and Reynolds number on the friction factor of coil side has been investigated using numerical method. Forty cases have been analyzed in numerical work. The working fluid of both sides is water which its viscosity and thermal conductivity were assumed to be dependent on temperature. The standard Kέ model was used for turbulence. Results indicate the diameter of the coil is the most effective geometrical parameter on the friction factor of the coil side so that by remaining other parameters constant, if the coil’s diameter increases 60%, the friction factor will decrease 30.6%. Also by remaining other parameters constant if the tube’s diameter is doubled the friction factor of the coil side will increase 16.5%, if the shell’s diameter is doubled the friction factor of the coil side will increase 11.7% while the effect of other geometrical parameters on the friction factor of the coil side is much less than the effect of coil’s diameter, tube’s diameter and shell’s height. Also a correlation has been proposed for prediction of the friction factor of the coil side that contains the effect of all defined geometrical parameters in addition to Reynolds number. This correlation is applicable for wide range of Reynolds number (2700lt Relt 38000) and has been compared with the correlations proposed in previous works.