بررسی تأثیر سطح مقطع بر عملکرد مبدل‌های حرارتی با لوله‌های مارپیچ مخروطی توسط دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کردستان، سنندج، دانشگاه کردستان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی

2 دانشگاه کردستان

10.22034/ijche.2022.345868.1211

چکیده

طراحی بهینه مبدل‌های حرارتی به‌منظور کاهش مصرف انرژی در صنایع بسیار حائز اهمیت است. یکی از انواع مبدل‌ها، مبدل حرارتی لوله مارپیچ است که با توجه ‌به مزایای آن نسبت به انواع دیگر مبدل‌ها امروزه بسیار استفاده می‌شود. در مکان‌هایی که کمبود فضا وجود دارد استفاده از مبدل‌های حرارتی مارپیچ کاربرد زیادی دارد؛ بنابراین مطالعه این نوع مبدل می‌تواند یکی از موضوعات جالب‌توجه باشد. در این تحقیق لوله‌های مارپیچ مخروطی با سطح مقطع‌های دایره‌ای، بیضوی و مربعی و با زاویه‌های مخروطی 10، 30 و ۵۰ درجه و طول گام‌های 15، ۳۰ و ۴۵ میلی‌متر به‌منظور بررسی عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی توسط تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی مدل‌سازی شدند. دادههای مربوط به عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هر سه شکل هندسی مقایسه و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در بین هندسه‌های مختلف، مقطع بیضوی به‌صورت میانگین در تمام محدوده‌های عدد رینولدز در زاویه‌های مختلف به ترتیب 33/34 و 38/0 درصد از هندسه با سطح مقطع مربعی و دایره‌ای عملکرد انتقال حرارت بهتری دارد. همچنین به‌واسطه تغییر ضخامت لایه‌مرزی مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هندسه با مقطع مربعی دارای مقادیر کمتری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of cross-section on the performance of conical coiled tube heat exchangers by computational fluid dynamics

نویسنده [English]

  • Saber Soltanian 1
1 Kurdistan, Sanandaj, University of Kurdistan, Faculty of Engineering, Department of Chemical Engineering.
2
چکیده [English]

It is significant to determine the optimal dimensions of the heat exchangers to reduce energy consumption. The helical tube heat exchanger is widely used in industry due to its advantages over other types. Therefore, investigating this type of heat exchanger can be an interesting topic. In this research, conical coil tubes with circular, elliptical, and square cross-sections with 10, 30, and 50° cone angles and 15, 30, and 45 mm pitch were modeled by computational fluid dynamics to evaluate the thermal-hydrodynamic performance. The data relating to the Nusselt number and friction factor for all investigated geometric shapes were compared and analyzed. The results showed that the elliptical cross-section tubes have better heat transfer performance compared to other geometries. The results showed that the elliptical cross-section has a better heat transfer performance compared to the square and circular cross-sections by 34.33% and 0.38%, respectively. Moreover, the lower values of the Nusselt number and the friction factor were obtained for the square cross-section due to the change in the thickness of the boundary layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat exchanger
  • Conical spiral tubes
  • Computational fluid dynamics
  • Nusselt number
  • Cross section
  • Cone angle