بررسی عددی تاثیر لایه مرزی بر عملکرد انتقال حرارت و افت فشار در مبدل های حرارتی

در این پژوهش به بررسی تاثیر لایه مرزی بر عملکرد انتقال حرارت و افت فشار در مبدل های فین-تیوب می پردازیم. دو پارامتر کلیدی طراحی یعنی، نرخ انتقال حرارت و افت فشار معمولا در تضاد هستند و بهینه سازی هم زمان آن ها را دشوار می سازند. برای بهبود انتقال حرارت از طریق کنترل ضخامت لایه مرزی، سطح فین با افزودن سه نوع آرایش فین شامل فین شکاف دار ذوزنقه ای، فین شکاف دار با مولد گردابه طولی و فین شکاف دار محدب-گرد با چهار نوار برجسته اطراف هر تیوب مورد بررسی قرار گرفته اند. شبیه سازی با استفاده از معادلات ناویر-استوکس، انرژی و در شرایط جریان آرام و آشفته انجام شده است. نتایج نشان می دهند که ایجاد شکاف و طراحی مناسب باعث ایجاد اختلال در لایه مرزی و بهبود نرخ انتقال حرارت می شود. به طور خاص، فین شکاف دار ذوزنقه ای عملکرد حرارتی را تا ۹.۶% و فین شکاف دار با مولد گردابه طولی تا ۱۵.۸% نسبت به حالت بدون شکاف افزایش می دهد. همچنین روابط همبستگی جدید برای افت فشار بر اساس پارامتر های هندسی استخراج گردید. این نتایح می توانند در طراحی بهینه مبدل های حرارتی مورد استفاده قرار گیرند.

Keywords:

مبدل حرارتی فین-تیوب , لایه مرزی , افت فشار , ضریب انتقال حرارت , فین شکاف دار