ارزیابی سه‌بعدی هندسه مولد گردابه طولی در مبدل پره–لوله برای ارتقای انتقال حرارت با کاربرد در مهندسی پزشکی

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسنده
Department of Biomedical Engineering, Arsanjan Branch, Islamic Azad University, Arsanjan
چکیده
در این پژوهش، عملکرد حرارتی–هیدرولیکیِ یک مبدل حرارتی پره–لوله با به‌کارگیری مولدهای گردابه طولی به‌صورت سه‌بعدی و عددی ارزیابی شده است. هدف، سنجش اثر شکل بالچه‌ها بر ارتقای انتقال حرارت و تحلیل توازن آن با افت فشار، با تأکید بر کاربردهای مهندسی پزشکی مانند گرم‌کن خون و مبدل‌های سامانه‌های پشتیبانی حیات است. دو گونه بالچه مثلثی و نیمه‌استوانه‌ای مدل‌سازی و شبیه‌سازی شد و شرایط محاسباتی به‌گونه‌ای تنظیم گردید که رفتار جریان از ناحیه آرامِ نزدیک به دیواره تا حالت‌های گذار پوشش داده شود. یافته‌ها نشان می‌دهد بالچه نیمه‌استوانه‌ای با ایجاد گردابه‌های طولی پایدارتر و افزایش اختلاط، به نازک‌شدن لایه مرزی حرارتی انجامیده و میانگین جابه‌جایی حرارتی را نسبت به نوع مثلثی افزایش می‌دهد؛ هرچند همراه با افزایش افت فشار است. همچنین با افزایش عدد رینولدز، انتقال حرارت تقویت و هم‌زمان افت فشار بیشتر می‌شود، و افزایش دمای ورودیِ سیال سرد، به کاهش ضریب انتقال حرارت در دیواره می‌انجامد. جمع‌بندی نتایج نشان می‌دهد در محدوده عملیاتی بررسی‌شده، هندسه نیمه‌استوانه‌ای برای دستیابی به توازن مناسب میان ارتقای حرارتی و هزینه پمپاژ در مبدل‌های فشرده با کاربری پزشکی، گزینه کارآمدتری است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

3-D Evaluation of Longitudinal Vortex-Generator Geometry in Fin-Tube Heat Exchangers for Heat-Transfer Improvement with Biomedical Applications

نویسنده English

Hamidreza Mortazavy Beni
Department of Biomedical Engineering, Arsanjan Branch, Islamic Azad University, Arsanjan
چکیده English

This study numerically evaluates, in three dimensions, the thermo-hydraulic performance of a fin-and-tube heat exchanger equipped with longitudinal vortex generators (LVGs). The objective is to quantify how vane shape enhances heat transfer while balancing the accompanying pressure drop, with emphasis on biomedical uses such as blood warmers and heat exchangers in life-support systems. Two LVG shapes—triangular and semi-cylindrical—were modeled and simulated under conditions spanning near-wall laminar up to transitional flow. The results show that the semi-cylindrical vane generates more persistent longitudinal vortices, promotes stronger near-wall mixing, thins the thermal boundary layer, and increases the average convective heat transfer relative to the triangular vane, albeit with a higher pressure drop. As the Reynolds number rises, heat transfer is strengthened and pressure loss increases; conversely, raising the inlet temperature of the cold stream reduces the wall heat-transfer coefficient. Within the operating range examined, the semi-cylindrical vane offers a more favorable heat-transfer/ pumping-power trade-off for compact biomedical heat exchangers.

کلیدواژه‌ها English

fin-tube heat exchanger
longitudinal vortex generator
triangular vane
semi-cylindrical vane
biomedical engineering

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 16 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 04 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 02 خرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 02 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 02 خرداد 1405