شبیه‌سازی جریان گرما-شاره در مبدل گرمایی با صفحۀ میانی الاستیک در شرایط کاری مختلف

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 5، دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 24، 1400، صفحه 77-92   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2021.56517.0

نویسندگان

سیداسماعیل رضوی¹؛ توحید ادیبی^{* 2}

¹گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

²استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب، ایران

چکیده

در این مقاله یک مبدل گرمایی صفحه‏ای با جریان ناهمسو در شرایط کاری مختلف بررسی شده است. 4حالت مختلف در جریان‏های لایه‏ای و آشفته با صفحۀ میانی صلب و الاستیک در اعداد رینولدز مختلف مطالعه شده و تأثیر الاستیک‌کردن صفحۀ جداکننده روی انتقال گرما و کارایی مبدل بررسی شده است. پروفیل سرعت سینوسی در ورودی کانال سرد به کار رفته است. نتایج این پژوهش نشان داد که الاستیک‌کردن صفحۀ میانی در هر 2جریان لایه‏ای و آشفته باعث بهبود انتقال گرما در مبدل گرمایی می‏شود. همچنین نتایج نشان داد که ضریب اصطکاک متوسط در مبدل گرمایی با صفحۀ میانی الاستیک از ضریب اصطکاک متوسط نسبت به مبدل گرمایی با صفحۀ میانی صلب بیشتر است. با تعریف کارایی و درنظرگرفتن هر 2عامل افزایش انتقال گرما و افزایش افت فشار، حالت‌هایی که کارایی کل مبدل گرمایی با صفحۀ الاستیک بیشتر از یک بود، تعیین شد. نتایج نشان داد که در اکثر مواقع این کارایی برای مبدل گرمایی با صفحۀ الاستیک بیشتر از یک است. نتایج نشان داد که حداکثر کارایی 2/5 است که در عدد رینولدز 3000 مشاهده شد و حداقل کارایی 9/0  است که در عدد رینولدز 200 اتفاق می افتد.

کلیدواژه‌ها

مبدل گرما؛ صفحۀ الاستیک؛ عدد نوسلت؛ سرعت سینوسی؛ عدد رینولدز

مراجع

1. Adibi, T., Adibi, O., Razavi, S. E., "A Characteristic-based Solution of Forced and Free Convection in Closed Domains with Emphasis on Various Fluids", International Journal of Engineering, 32(11), pp. 1689-1695 (2019).
2. Adibi, T., Razavi, S. E., Adibi, O., "A Characteristic-based Numerical Simulation of Water-titanium Dioxide Nano-fluid in Closed Domains", International Journal of Engineering,33(1), pp. 158-163 (2020).
3. Razavi, S. E., Adibi, T., Faramarzi, S., "Impact of inclined and perforated baffles on the laminar thermo-flow behavior in rectangular channels", SN Applied Sciences, 2(2), pp. 284 (2020).
4. Adibi, T., Razavi, S. E., Adibi, O., et al., "The response of nano-ceramic doped fluids in heat convection models: A characteristics-based numerical approach", Scientia Iranica, 28(5), pp. 2671-2683 (2021).
5. Ji, J., Zhang, J., Gao, R., et al., "Numerical Research on Vibration-Enhanced Heat Transfer of Elastic Scroll Tube Bundle", Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 1-8 (2021).
6. Dinesh Kumar, S., Chandramohan, D., Purushothaman, K., et al., "Optimal hydraulic and thermal constrain for plate heat exchanger using multi objective wale optimization", Materials Today: Proceedings, 21, pp. 876-881 (2020).
7. Sadeghi, H. M., Babayan, M., Chamkha, , "Investigation of using multi-layer PCMs in the tubular heat exchanger with periodic heat transfer boundary condition", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 147, pp. 118970 (2020).
8. Adibi, T., Razavi, S. E., Abbasi Tabrizi, E., "Numerical Simulation of the Heat-Fluid Flow Behavior Around the Cylinder with the Controller Wire", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, 31(2), pp. 105-126 (2020).
9. Jafar Kazemi, f., Ahangari, a. r., Rahimi, b., "Analysis of Heat and Mass Transfer in an Open Cooling Tower", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, 21(1), pp. 59-74 (2010).
10. Nazari, M., Gerivani, H., Tafakkor, S., "Conjugate Heat Transfer in Closed Cavity with Porous Blocks", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, 29(1), pp. 111-121 (2018).
11. Khan, W. A., Yovanovich, M. M., "Analytical Modeling of Fluid Flow and Heat Transfer in Microchannel/Nanochannel Heat Sinks", Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 22(3), pp. 352-359, (2008).
12. Al-Nimr, M. A., Maqableh, M., Khadrawi, A. F., et al., "Fully developed thermal behaviors for parallel flow microchannel heat exchanger", International Communications in Heat and Mass Transfer, 36(4). pp. 385-390 (2009).
13. Hasan, M. I., Rageb, A. A., Yaghoubi, M., et al., "Influence of channel geometry on the performance of a counter flow microchannel heat exchanger", International Journal of Thermal Sciences,48(8) pp. 1607-1618 (2009).
14. Vera, M., Liñán, A., "Laminar counterflow parallel-plate heat exchangers: Exact and approximate solutions", International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(21), pp. 4885-4898 (2010).
15. Sheik Ismail, L., Velraj, R., Ranganayakulu, C., "Studies on pumping power in terms of pressure drop and heat transfer characteristics of compact plate-fin heat exchangers—A review", Renewable and Sustainable Energy Reviews,14(1), pp. 478-485 (2010).
16. Zhan, C., Duan, Z., Zhao, X., et al., "Comparative study of the performance of the M-cycle counter-flow and cross-flow heat exchangers for indirect evaporative cooling – Paving the path toward sustainable cooling of buildings", Energy,36(12), pp. 6790-6805 (2011).
17. Sammeta, H., Ponnusamy, K., Majid, M. A., et al., "Effectiveness charts for counter flow corrugated plate heat exchanger", Simulation Modelling Practice and Theory,19(2), pp. 777-784 (2011).
18. Sui, Y., Teo, C. J., Lee, P. S., "Direct numerical simulation of fluid flow and heat transfer in periodic wavy channels with rectangular cross-sections", International Journal of Heat and Mass Transfer,55(1), pp. 73-88 (2012).
19. Faizal, M., Ahmed, M. R., "Experimental studies on a corrugated plate heat exchanger for small temperature difference applications", Experimental Thermal and Fluid Science,36, pp. 242-248, (2012).
20. Zhang, G.-m., Li, G.-q., Li, W., et al., "Particulate fouling and composite fouling assessment in corrugated plate heat exchangers", International Journal of Heat and Mass Transfer, 60, pp. 263-273 (2013).
21. Bell, I. H., Quoilin, , Georges, E., et al., "A generalized moving-boundary algorithm to predict the heat transfer rate of counterflow heat exchangers for any phase configuration", Applied Thermal Engineering, Vol.79, pp. 192-201 (2015).
22. Sarraf, K., Launay, S., Tadrist, L., "Complex 3D-flow analysis and corrugation angle effect in plate heat exchangers", International Journal of Thermal Sciences, 94, pp. 126-138 (2015).
23. Wajs, J., Mikielewicz, D., "Influence of metallic porous microlayer on pressure drop and heat transfer of stainless steel plate heat exchanger", Applied Thermal Engineering, 93, pp. 1337-1346 (2016).
24. Aminuddin, M., Zubair, S. M., "Analytical solutions to counter-flow heat exchanger subjected to external heat flux and axial conduction", International Journal of Refrigeration,74, pp. 22-37 (2017).
25. Imran, M., Pambudi, N. A., Farooq, M., "Thermal and hydraulic optimization of plate heat exchanger using multi objective genetic algorithm", Case Studies in Thermal Engineering,10, pp. 570-578 (2017).
26. Lu, W., Zhang, T., Yang, M., et al., "Analytical solutions of force convective heat transfer in plate heat exchangers partially filled with metal foams", International Journal of Heat and Mass Transfer,110, pp. 476-481 (2017).
27. Sheikholeslami, M., Haq, R.-u., Shafee, A., et al., "Heat transfer simulation of heat storage unit with nanoparticles and fins through a heat exchanger", International Journal of Heat and Mass Transfer,135, pp. 470-478 (2019).
28. Razavi, S. E., Adibi, T., "A novel multidimensional characteristic modeling of incompressible convective heat transfer", Journal of Applied Fluid Mechanics,9(4), pp. 1135-1146 (2016).
29. Adibi, T., Razavi, S. E., "A new characteristic approach for incompressible thermo-flow in Cartesian and non-Cartesian grids", International Journal for Numerical Methods in Fluids,79(8), pp. 371-393 (2015).
30. Adibi, T., "Three-dimensional characteristic approach for incompressible thermo-flows and influence of artificial compressibility parameter", Journal of Computational & Applied Research in Mechanical Engineering (JCARME), 8(2), pp. 223-234 (2019).
31. Jia, R., Hu, J., Xiong, X., Modeling of a Counter Flow Plate Fin Heat Exchanger, COMSOL Boston Conference, (2014).