تأثیر تغییر پارامترهای هندسی در یک مبدل حرارتی لوله و پره بیضوی با آرایش متناوب لوله‌ها

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 دانشگاه کاشان
2 عضو هیات علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه ای
چکیده
مبدل‌های حرارتی لوله و پره از المان‌های اساسی در مهندسی حرارت و سیالات محسوب شده که کاربردهای گسترده‌ای در صنایع نفت و گاز، نیروگاه‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع دارند. به دلیل پایین بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی در سمت گاز درون مبدل‌های حرارتی، تلاش‌های متعددی برای افزایش انتقال حرارت در سمت هوا با طراحی پره‌های جدید و تحلیل پارامترهای هندسی انجام شده است. این مقاله به شبیه‌سازی عددی جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری در یک مبدل حرارتی لوله و پره با لوله‌های بیضوی و دارای آرایش متناوب لوله‌ها در نرم‌افزار انسیس فلوئنت می‌پردازد تا مقایسه‌ای بین تأثیر سه پارامتر هندسی غالب (ضخامت پره، گام طولی و گام عرضی) بر عملکرد ترموهیدرولیک برای دستیابی همزمان به انتقال حرارت بالا و افت فشار پایین باشد. نتایج نشان می‌دهد که در میان پارامترهای مطالعه‌شده، تنها افزایش گام عرضی به بهبود همزمان هر دو معیار می‌انجامد. افزایش گام عرضی از 35 به 50 میلی‌متر، نرخ انتقال حرارت را بهبود بخشید و در عین حال افت فشار را کاهش داد. در مقابل، افزایش ضخامت پره اثری نامطلوب و افزایش گام طولی اثری دوگانه (مثبت بر انتقال حرارت ولی منفی بر افت فشار) داشت. این یافته‌ها گویای آن است که در فرآیند طراحی این گونه مبدل‌ها، گام عرضی می‌تواند به عنوان یک اهرم تأثیرگذار و مقرون‌به‌صرفه برای دستیابی همزمان به اهداف حرارتی و هیدرودینامیکی مدنظر قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of changing geometric parameters in an elliptical tube and fin heat exchanger with alternating tube arrangement

نویسندگان English

Ghanbar Ali Sheykhzadeh 1
Hossein Rahimi Asiabaraki 2
Mostafa Ghandi 1
1 Kashan University
2 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU)
چکیده English

Finned tube heat exchangers are fundamental components in thermal and fluid engineering, with extensive applications in oil and gas industries, power plants, and air conditioning systems. Due to the inherently low convective heat transfer coefficient on the gas side within heat exchangers, numerous efforts have been made to enhance heat transfer on the air side through innovative fin designs and analysis of geometric parameters. This paper presents a numerical simulation of flow and forced convection heat transfer in a fin-and-tube heat exchanger with elliptical tubes and a staggered tube arrangement using ANSYS Fluent software, aiming to compare the effects of three dominant geometric parameters (fin thickness, longitudinal pitch, and transverse pitch) on thermohydraulic performance to simultaneously achieve high heat transfer and low pressure drop. The results indicate that among the studied parameters, only increasing the transverse pitch leads to simultaneous improvement of both criteria. Increasing the transverse pitch from 35 mm to 50 mm enhanced the heat transfer rate while reducing the pressure drop. In contrast, increasing the fin thickness had an adverse effect, and increasing the longitudinal pitch exhibited a dual effect (positive on heat transfer but negative on pressure drop). These findings suggest that in the design process of such heat exchangers, the transverse pitch can serve as an influential and cost-effective lever to simultaneously achieve thermal and hydrodynamic objectives.

کلیدواژه‌ها English

Finned tube heat exchanger
Convective heat transfer
Elliptical tubes
Staggered tube arrangement

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 23 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 12 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 30 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 30 خرداد 1405