NUMERICAL ANALYSIS OF THE OPTIMUM FIN PITCH OF A PLAIN PLATE TUBE HEAT EXCHANGER

Year 2019, Volume: 8 Issue: 1, 479 - 501, 28.01.2019

Ali Rıza Dal

https://doi.org/10.28948/ngumuh.517163

Cited By: 3

Abstract

   In this study,
effects on the heat transfer and pressure drop of the distance between the fins
were investigated for plain-fin-tube heat exchanger. Numerical analyses; a
model consisting of two half fins and pipe through flu gases has been chosen.
The effect on the variation of distance (Lz)
between the fins on the model was investigated by calculating pressure drop, temperature
and velocity distribution values generated by the flu gas. On the model,
Computing Fulid Dynamics (CFD) analyzing were carried out by using FLUENT
package software and by GAMBIT for the model drawing and meshed. In the calculations,
the conservation equations were considered in steady-state, 3-D and laminar
flow conditions. In the models, conjugate heat transfer were figured out. According
to calculations, the heat transfer in the maximum value of between Lz = 2,75-3 mm has been concluded.
Correlation equations were obtained average Nusselt (Nu) number as functions of Reynolds (Re) and Prandtl (Pr)
numbers for generated system model. Additional energy value due to pressure
drop has been determined too small according to gain heat transfer value. 

Keywords

Heat transfer, plate fin-tube exchangers, pressure drop

DÜZ PLAKALI BORULU BİR ISI DEĞİŞTİRİCİSİNİN OPTİMUM KANATÇIK ARALIĞININ SAYISAL ANALİZİ

Abstract

   Bu
çalışmada; düz plakalı borulu ısı değiştiricisi için, kanatçıklar arasındaki
mesafenin ısı transferi ve basınç düşüsüne etkisi incelenmiştir. Sayısal
analizlerde; yanmış gazın arasından geçtiği iki yarım kanatçık ve borudan
oluşan bir model seçilmiştir. Yanmış gazın oluşturduğu basınç düşüşü, sıcaklık ve
hız dağılımı değerleri bulunarak, modeldeki kanatçıklar arasındaki mesafenin (L_z) değişiminin ısı
transferine etkisi incelenmiştir. Model üzerinde, Hesaplamalı Akışkanlar
Dinamiği (HAD) analizleri FLUENT paket yazılımı, modelin çizim ve ağ yapısının
oluşturulması GAMBİT paket yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalarda,
korunum denklemlerinin 3 boyutlu kararlı rejimdeki, laminer akış şartları dikkate
alınmıştır. Modellerde taşınım ve
iletimin olduğu bileşik ısı transferi çözümü yapılmıştır. Hesaplara göre, ısı transferinin L_z= 2,75-3 mm arasındaki
değerlerde maksimum olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Oluşturulan sistem model için
ortalama Nusselt (Nu) sayısına
ait, Reynolds (Re) ve Prandtl (Pr) sayılarına bağlı korelasyon
eşitlikleri elde edilmiştir. Basınç
düşüşünden dolayı gerekli olan ilave enerji miktarı, kazanılan ısı transferi
miktarına göre çok az değerde kaldığı tespit edilmiştir.

Keywords

Isı transferi, düz plakalı borulu ısı değiştiricileri, basınç düşümü, sayısal analiz

References

• [1] GÖKÇE, A.G., “Isı Transferine Giriş”, Selçuk Ünversitesi Yayınları, Konya, Türkiye, 1985.
• [2] GEBHART, B., “Flow and Heat Transfer Characteristics of Finned Tube Exchanger”, Ashrae Transactions, 67,133-153, 1961.
• [3] KILIÇASLAN, İ., SARAÇ, H.İ., “Enhancement of Heat Transfer in Compact Heat Exchanger by Different Type of Rib With Holographic Interferometry”, Experimental Thermal and Fluid Science, 17, 339-346, 1998.
• [4] KAYANSAYAN, N., “Tasarım Noktasından Sapma Durumunda Değiştirici Davranışı”, Isı Bilimi Tekniği Dergisi, 9, 2, 1986.
• [5] DALOĞLU, A., AND AYHAN, T., “Natural Convection in a Periodically Finned Vertical Channel”, Int. Comm. Heat and Mass Transfer, 26, 1175-1182, 1999.
• [6] CHANG, Y.C., WANG, C.C., “Generalized Heat Transfer Correlation for Louver Fin Geometry”, International Journal Heat and Mass Transfer, 533-544, 1997.
• [7] LEE, K., KİM, W., Sİ, J., “Optimal Shape and Arrangement of Staggered Pins in the Channel of a Plate Heat Exchanger”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44, 3223-3231, 2001.
• [8] KIM, C.N., JEONG, J., YOUN, B., “Evaluation of Thermal Contact Conductance Using a New Experimental-Numerical Method in Fin-Tube Heat Exchangers”, International Journal of Refrigeration, 26, 900-908, 2003.
• [9] KOTCİOĞLU, İ., BÖLÜKBAŞI, A., “Düşey Dikdörtgen Kesitli Bir Kanalda Farklı Kanatçıklı Yüzeylerde Isı Transferinin İncelenmesi”, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 5 (2), 89-102, 2003.
• [10] EREK A., ÖZERDEM B., BILIR L., İLKEN Z., “Effect of Geometrical Parameters on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Plane Fin and Tube Heat Exchangers”, Applied Thermal Engineering, 25, 2421-2431, 2005.
• [11] TAO, W.Q., QU, Z.G., HE, Y.L., “Experimental and 3d Numerical Study of Air Side Heat Transfer and Pressure Drop of Slotted Fin Surface, Proceeding of Fifth International Conference on Enhanced, Compact and Ultra-Compact Heat Exchangers”, Science, Engineering and Technology, Fairfax, VA, USA, September, 15, 2005.
• [12] KUNDU, B., DAS, P.K., “Optimum Dimensions of Plate Fins for Fin-Tube Heat Exchangers”, International Journal Heat Fluid Flow, 18, 530–537 1997.
• [13] ŞAHİN, H.M., DAL, A.R., AND BAYSAL, E., “3-D Numerical Study on the Correlation Between Variable Inclined Fin Angles and Thermal Behavior in Plate Fin-Tube”, Applied Thermal Engineering, 27, 1806-1816, 2007.
• [14] Fluent Incorporated, “FLUENT User’s Guide Version 6.1.”, Lebanon, 1-1864, 2003.
• [15] ÖZIŞIK, M.N., “Heat Transfer a Basic Approach”, McGraw-Hill Book Company, International edition, 35-56, 1985.
• [16] KAKAÇ, S., YENER, Y., “Convective Heat Transfer”, CRC Press Begell House, Boca Raton, Florida, 219-401, 1995.
• [17] INCROPERA, F.P., AND DEWITT, D.P., “Fundamentals of Heat and Mass transfer”, John Wiley & Sons, Inc., 106-671, 1996.
• [18] VERSTEEG, H.K., AND MALALASEKERA, W., “Computational Fluid Dynamics”, Longman, Scientific & Technical, London, 102-157, 1995.
• [19] KAYATAŞ, N., “İç İçe Borulu Bir Isı Degiştiricisinde Isı Transferinin Iyileştirilmesinin Nümerik Olarak Incelenmesi”, Y. Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, 29-32, 2003.