تحليل گرمايي و هيدروليكي مبدل‌هاي گرمايي‌ فشرده صفحه‌اي با پره‌هاي موج‌دار

Thermal and Hydraulic Analysis of the Wavy-Fins-Plate Compact Heat Exchangers

مقاله حاضر به تحلیل گرمایی و هیدرولیكی مبدل‌های گرمایی‌ فشرده‌‌ی صفحه‌ای با پره‌های موج ­دا رمی‌پردازد. این بررسی نشان می‌دهد كه چگونه عملكرد یك مبدل گرمایی فشرده به شدت به نوع و پارامترهای هندسی سطوح انتقال گرما وابسته است و می‌تواند در قالب ضریب ­های گرمایی كلبورن و هیدرولیكی فنینگ ارایه ‌شود. به­ همین رو، ابتدا اثرهای 4 پارامتر هندسی ارتفاع پره، فاصله‌بندی بین پره، دامنه و طول موج پره‌های موج­ دار در قالب پارامترهای هندسی بدون‌بعد (a، b و g) بر روی این ضریب­ها در بازه گسترده ­ای از عدد رینولدز (15000£Re£100) بررسی شد. سپس به منظور افزایش انتقال گرما و با هدف بهبود بازده مبدل‌ به واسطه‌ی تغییر در هندسه، دو نوع پره موج ­دار با دیواره‌های ناپیوسته‌ی (افست‌دار) S و C شكل مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه­ های این بررسی نشان می‌دهد كه افزایش پارامتر هندسی بدون بعد  و كاهش دو پارامتر b و g سبب افزایش ضریب­های كلبورن و اصطكاك فنینگ می‌شود. همچنین یك شاخص مناسب برای سنجش عملكرد مبدل‌های با پره‌ها‌‌ی موج­دار ناپیوسته‌ی S و C شكل در مقایسه با پره‌ها‌ی موج­دار پیوسته (بدون افست) ارایه م ی­شود. استفاده از این شاخص نشان می‌دهد، حجم مبدل‌ها با پره‌‌های موج­دار ناپیوسته به­ مراتب كمتر از مبدل‌هایی است كه با پره‌های موج­دار پیوسته طراحی می‌شوند.

Thermo-hydraulic analysis of compact heat exchangers is strongly depended on the performance of  heat transfer surfaces. This is evaluated by Colburn and Fanning friction factors versus Reynolds number. In this paper, CFD analysis is carried on with 18 different type of wavy fins geometries. The effects of the four geometrical factors of fin; height, fin spacing, wave amplitude, wavelength over a wide range of Reynolds number  are investigated. Then a parametric study for two enhanced designs C-shaped and S-shaped sinusoidal wavy offset-strip fins is conducted. Those four geometrical factors described the wavy channel and combined and related by the parameters α, β and γ which represent the dimensionless geometrical parameters. The numerical computations are performed by solving a steady, three dimensional Navier-Stokes equation and energy equation using Ansys Fluent 15.0 software program. Air is considered as working fluid. The computational results have an adequate accuracy when compared to experimental data. The CFD simulation results reveal that the geometrical parameters of wavy fins have significant effects on the j and f factors as a function of Reynolds number.