Investigación numérica en el rendimiento sintético de transferencia de calor del intercambiador de calor de haz de tubos elástico

Investigación numérica en el rendimiento sintético de transferencia de calor del intercambiador de calor de haz de tubos elástico

Abstracto

En este trabajo se estudió el rendimiento sintético de transferencia de calor en el lado de la carcasa del intercambiador de calor de haz de tubos elástica plana mediante simulación numérica. Se estudió la distribución de la temperatura en el lado de la carcasa. La relación del coeficiente de transferencia de calor promedio, la caída de presión y el rendimiento global de transferencia de calor también se discuten considerando un número variable y geometría parámetros de Reynolds. Los resultados demuestran que la distribución de temperatura proporciona una posibilidad de mejorar la transferencia de calor mediante la disposición de la disposición de haz de tubos para producir un fluido con calefacción dentro de la carcasa del lado de escala completa. Para el efecto del parámetro de geometría, paso del tubo tiene un mayor efecto sobre la transferencia de calor en comparación con el espaciado de tubo fila. Sin embargo, el número de Reynolds domina la transferencia de calor y el flujo de fluido en el lado de la carcasa. Como resultado, una correlación la predicción del número de Nusselt promedio se desarrolla sobre la base de número de Reynolds utilizando el análisis de regresión múltiple de software MATLAB. Un rendimiento de la transferencia de calor integral bastante excepcional se puede obtener en el caso de paso del tubo de 20 mm. Sin embargo, el alto número de Reynolds es más aceptable en la industria para mejorar la velocidad de transferencia de calor sin tener en cuenta la diferencia de transferencia de calor causada por el parámetro de geometría.

1. Introducción

Mejora de transferencia de calor ha sido el foco de la solución de problemas de energía en la industria. En comparación con el tubo recto, tubo curvado ofrece una gran superficie de transferencia de calor por unidad de volumen, no importa el intercambio de calor dentro o fuera del haz de tubos [1] . Por lo tanto, el tubo curvado tiene un papel activo en la mejora de la transferencia de calor, tales como la forma de espiral [2] , helicoidal [3] y en espiral [4] .

En cuanto a la transferencia de calor fuera del tubo curvado, Jamshidi et al. [5] experimentalmente investigó la mejora de transferencia de calor en calor de carcasa y tubo helicoidal intercambiadores con diferentes velocidades de flujo de masa y los parámetros de geometría. La condición óptima para todo el intercambiador de calor se ha encontrado de acuerdo con el coeficiente de transferencia de calor general. Los resultados mostraron que el parámetro de velocidad de flujo y la geometría de masas fueron los parámetros de diseño importantes en los intercambiadores de calor en espiral. Alimoradi y Veysi [6] investigaron el efecto de las propiedades físicas del fluido, los parámetros de funcionamiento y los parámetros geométricos en número de Nusselt de shell y los intercambiadores de calor de tubo en espiral helicoidalmente utilizando tanto métodos numéricos y experimentales. Los resultados indicaron que el terreno de juego duplicado genera un aumento del 10% en el lado de la carcasa número de Nusselt. Se encontró que un incremento del 50% en la altura y el diámetro de la concha condujo a una disminución de 34,1% y 28,3% en el número de Nusselt-lado de la carcasa, respectivamente. En el último, dos correlaciones se han desarrollado para predecir los números de Nusselt de lado de envuelta y tubo del lado de la base en los resultados.

A diferencia de los tubos curvados mencionados anteriormente, Cheng et al. [7] propuso el haz de tubos elástica plana, que es un tubo curvado horizontal novedoso para mejorar la transferencia de calor. Se componen de cuatro tubos curvos horizontales y dos bloques de masas, una gran masa de bloque y una pequeña masa de bloque. Tian et al. [8] experimentalmente investigó el efecto de flujo pulsante en el rendimiento de la transferencia de calor de haz de tubos plana elástica. Se encontró que el aumento del coeficiente de transferencia de calor por convección promedio fue de alrededor del 30% comparando el caso sin el flujo pulsante. Además de estos dos experimentos de transferencia de calor, la mayoría de investigaciones estaba preocupado con la característica de vibración del haz tubular elástica plana [9] , [10] , [11]  y  [12] . En el estudio de Yan [13] , se encontró que el complejo de vibración tridimensional de haz de tubos contenía fuera del plano de vibración y la vibración en el plano. La amplitud de la vibración indicó que el diámetro de sección transversal y los medios de bloques dominados la característica de vibración del haz de tubos elástica plana.

Como se mencionó anteriormente, se observa que el número de Reynolds y el parámetro de geometría desempeñan un papel importante en la transferencia de calor. Sin embargo, sólo dos experimentos se llevan a cabo en la transferencia de calor en el lado de la carcasa del tubo elástico intercambiadores de calor de haz planas. Poca atención se ha prestado a los efectos del número de Reynolds y el parámetro de la geometría en la transferencia de calor del lado de la cáscara, especialmente en el estudio de parámetros de geometría. Obviamente, el coste de fabricación causado por el cambio de parámetro de geometría es un gran obstáculo en el experimento de transferencia de calor. En comparación con el experimento, se ha demostrado que la simulación numérica es un método conveniente para investigar la transferencia de calor [14] . Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es estudiar los efectos del número de Reynolds, paso del tubo y el espaciamiento de tubo fila en la transferencia de calor del lado de la cáscara del intercambiador de calor de haz de tubos elástica plana usando el método numérico. Se discuten las variaciones del coeficiente medio de transferencia de calor por convección, la caída de presión y el rendimiento global de transferencia de calor. Como resultado, una correlación se ha desarrollado para predecir el número de Nusselt-lado de la carcasa mediante el análisis de regresión múltiple.

Este documento está estructurado de la siguiente manera: la estructura de la geometría lado de la carcasa se ​​presenta en la Sección 2 . Sección 3 presenta el enfoque matemático para resolver este problema, incluye principalmente las ecuaciones de conservación, condiciones de contorno, la reducción de datos. El código numérico se valida comparando el resultado numérico con el resultado experimental. A continuación, los resultados se presentan y discuten en la Sección 4 , en el que el rendimiento de la transferencia de calor promedio, el rendimiento promedio de flujo del fluido y el rendimiento global de transferencia de calor están estudiados en detalle. Como resultado, se obtiene una correlación la predicción del número de Nusselt promedio basado en el número de Reynolds. Por último, las conclusiones se resumen en la Sección 5 .

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