بررسی تأثیر سطح مقطع بر عملکرد مبدل‌های حرارتی با لوله‌های مارپیچ مخروطی به‌وسیلۀ دینامیک سیالات محاسباتی

Abstract

طراحی بهینۀ مبدل‌های حرارتی به‌منظور کاهش مصرف انرژی در صنایع بسیار حائز اهمیت است. یکی از انواع مبدل‌ها، مبدل حرارتی لوله‌مارپیچ است که باتوجه ‌به برتری‌های آن نسبت‌به انواع دیگر مبدل‌ها امروزه بسیار استفاده می‌شود. در مکان‌هایی با کمبود فضا، استفاده از مبدل‌های حرارتی مارپیچ کاربرد زیادی دارد؛ بنابراین مطالعۀ این نوع مبدل می‌تواند یکی از موضوعات جالب‌ توجه باشد. در این تحقیق لوله‌های مارپیچ مخروطی با سطح مقطع‌های دایره‌ای، بیضوی و مربعی و با زاویه‌های مخروطی 10، 30 و ۵۰ درجه و طول گام‌های 15، ۳۰ و ۴۵ میلی‌متر به‌منظور بررسی عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی با شگرد دینامیک سیالات محاسباتی مدل‌سازی شدند. داده‌های مربوط‌به عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هر سه شکل هندسی مقایسه، تحلیل و بررسی شد. نتایج نشان داد که در بین هندسه‌های مختلف، مقطع بیضوی به‌صورت میانگین در تمام محدوده‌های عدد رینولدز در زاویه‌های مختلف به‌ترتیب 33/34 و 38/0 درصد از هندسه با سطح مقطع مربعی و دایره‌ای عملکرد انتقال حرارت بهتری دارد. هم‌چنین به‌سبب تغییر ضخامت لایه‌مرزی مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هندسه با مقطع مربعی دارای مقادیر کمتری است.

Keywords

• مبدل حرارتی
• لولۀ مارپیچ مخروطی
• دینامیک سیالات محاسباتی
• عدد ناسلت
• سطح مقطع
• زاویۀ مخروط