علم و فناوری در مهندسی مکانیک

علم و فناوری در مهندسی مکانیک

تحلیل عددی عملکرد مبدل حرارتی بازیاب حرارتی خورشیدی در شرایط جریان نوسانی آشفته و بررسی کاربرد آن در سامانه‌های پزشکی و انرژی تجدیدپذیر

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسنده
گروه مهندسی پزشکی، واحد ارسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، ارسنجان، ایران
10.22034/stme.2026.591913.1233
چکیده
در پژوهش حاضر، عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی دو پیکربندی متفاوت از مبدل‌های حرارتی بازیاب مشبک شامل آرایش‌های درون‌خطی و نامنظم/جابجا شده تحت جریان نوسانی آشفته به‌صورت عددی بررسی شده است. مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی با در نظر گرفتن انتقال حرارت مزدوج بین سیال هوا و ساختار جامد آلومینیومی، تغییرات خواص ترموفیزیکی وابسته به دما، اثر تابش حرارتی و مدل آشفتگی انجام شد. به‌منظور مقایسه منصفانه، هر دو بازیاب با جرم یکسان، تخلخل مشابه و نسبت سطح انتقال حرارت به حجم یکسان طراحی شدند تا تنها اثر تغییر آرایش هندسی سیم‌ها ارزیابی شود.

نتایج نشان داد که هندسه بازیاب تأثیر مستقیمی بر بازده حرارتی و افت فشار دارد. بازیاب درون‌خطی توانست میانگین بازده حرارتی حدود 6/91درصد را به دست آورد که در مقایسه با بازیاب جابجا شده با بازده متوسط 88 درصد، حدود 3/6درصد افزایش عملکرد حرارتی را نشان می‌دهد. همچنین، میانگین افت فشار در آرایش درون‌خطی حدود 59 پاسکال محاسبه شد، درحالی‌که این مقدار برای آرایش جابجا شده حدود 95 پاسکال بود؛ بنابراین استفاده از ساختار درون‌خطی موجب کاهش تقریبی 36 پاسکال در افت فشار متوسط سامانه گردید.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical analysis of the performance of a solar thermal recovery heat exchanger under turbulent oscillatory flow conditions and its application in medical and renewable energy systems

نویسنده English

Hamidreza Mortazavy Beni
Department of Biomedical Engineering, Ars.C., Islamic Azad University, Arsanjan, Iran
چکیده English

In the present study, the thermo-hydrodynamic performance of two different configurations of wire-mesh regenerative heat exchangers, namely in-line and staggered arrangements, was numerically investigated under turbulent oscillating flow conditions. Mathematical modeling and computational fluid dynamics simulations were carried out by considering conjugate heat transfer between the air flow and the aluminum solid matrix, temperature-dependent thermophysical properties, thermal radiation effects, and turbulence modeling. To ensure a fair comparison, both regenerators were designed with identical mass, similar porosity, and the same heat transfer surface-area-to-volume ratio, so that only the effect of wire arrangement could be evaluated.

The results showed that the regenerator geometry has a direct effect on both thermal efficiency and pressure drop. The in-line regenerator achieved an average thermal efficiency of approximately 91.6%, which represents a 3.6% improvement compared with the staggered regenerator, whose average efficiency was about 88%. Moreover, the average pressure drop in the in-line configuration was approximately 59 Pa, whereas this value reached about 95 Pa in the staggered configuration. Therefore, the use of the in-line structure reduced the average pressure drop of the system by nearly 36 Pa.

کلیدواژه‌ها English

Regenerative heat exchanger
Turbulent oscillating flow
Numerical modeling
Solar Stirling engine
Heat transfer and pressure drop

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 24 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 28 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 09 آبان 1405
  • تاریخ اولین انتشار 09 آبان 1405
  • تاریخ انتشار 09 آبان 1405