Effect of geometrical parameters on heat transfer and pressure drop characteristics of plate fin and tube heat exchangers

Abstract

Bu çalışmada, düz kanat-boru tipi ısı değiştiricisinde kanat geometrisi değişimlerinin ısı transferi ve basınç düşümüne etkileri sayısal olarak incelenmiştir. 3 sıralı düz kanat-boru tipi ısı değiştirgeci içindeki sıcaklık dağılımları ve kanat üzerindeki yerel ısı taşınım katsayıları için elde edilen sayısal sonuçlar deneysel sonuçlarla (Herchang Ay, JiinYuh Jang and Jer-Nan Yeh, 2002) karşılaştırılmıştır. Buna ek olarak, düz kanat ve tek sıra borulu ısı değiştirgeci, farklı geometrik parametreler için sayısal olarak analiz edilmiştir. Tüm analizlerde, FLUENT adlı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı kullanılmıştır. Düz kanat ve tek sıra borulu ısı değiştirgeci için sayısal analizlerde, iki kanat arası mesafe, boru merkezin yeri, kanat yüksekliği, boru kalınlığı ve boru eliptikliğinin ısı değiştirgeci boyunca, ısı transferi ve basınç düşümüne etkileri incelenmiştir. Kanatlar arası mesafenin basınç düşümü üzerine önemli bir etkisi olduğu bulunmuştur. Borunun akış boyunca ileride yerleştirilmesinin ısı transferine olumlu etkisi olduğu gözlenmiştir. Bu çalışmanın bir diğer önemli sonucu, boru kesitindeki eliptikliğin artmasıyla ısı transferinin artması, basınç düşümünün ise önemli miktarda azalmadır. In this study, the influences of the changes in fin geometry on heat transfer and pressure drop of a plate fin and tube heat exchanger are investigated, numerically. A comparison between experimental results (Herchang Ay, JiinYuh Jang and Jer-Nan Yeh, 2002) and numerical ones for temperature distribution and local convective heat transfer coefficients over a plate-fin surface inside the plate finned and three row tubes heat exchangers are performed. In addition, plate fin and one row tube heat exchanger is analyzed numerically for different geometrical parameters. A computational fluid dynamics (CFD) program called Fluent is used in all analysis. In numerical study for plate fin and one row tube heat exchanger, the effects of the distance between two fins, tube center location, fin height, tube thickness, and tube ellipticity on heat transfer and pressure drop across the heat exchanger are investigated. The distance between fins is found to have a considerable effect on pressure drop. It is observed that placing the fin tube at downstream region affects heat transfer positively. Another important result of the study is that increasing ellipticity of the fin tube increases the heat transfer while it, also, results in an important reduction in pressure drop.