مدلسازی و بهینه سازی مشخصات هندسی در طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای موجدار با استفاده از روش تاگوچی | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 12، شماره 3، مرداد و شهریور 1401، صفحه 89-101 اصل مقاله (1.37 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2022.8850.3003 | ||
| نویسندگان | ||
| الهام حسینی راد1؛ وحید بیداریان2؛ فرامرز هرمزی3؛ مرتضی علی آبادی خوشوقت* 4 | ||
| 1دانش آموخته دکتری تخصصی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
| 2دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ایران | ||
| 3استاد، دانشکده مهندسی شیمی، نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
| 4دانشیار، گروه مهندسی شیمی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ایران | ||
| چکیده | ||
| کانال‌های موجدار منجر به افزایش عملکرد تجهیزات حرارتی و کاهش ابعاد آنها می‌شوند. مشخصات هندسی در طراحی مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای موجدار عبارت است از: گام، ارتفاع، ضخامت، طول پره، طول موج و دامنه موج. در مطالعه حاضر، به منظور بهینه‌سازی عملکرد این نوع از مبدل‌های حرارتی، طراحی آزمایشی با استفاده از روش تاگوچی ارائه شد. این طراحی شامل 25 مدل هندسی متفاوت برای کانال‌های موجدار است. برای هریک از این مشخصات پنج مقدار متفاوت در نظر گرفته شد. در هر یک از این مدل‌ها، رفتار حرارتی و هیدرولیکی هوا به عنوان سیال خنک کننده توسط دینامیک سیالات محاسباتی در سه بعد شبیه‌سازی شد. با استفاده از روش آنالیز واریانس، مقدار بهینه هر یک از مشخصات هندسی و همچنین تاثیر آنها بر میزان انتقال حرارت و افت فشار هوا مشخص شد. نتایج نشان دادند که دامنه‌ی موج مؤثرترین مشخصه‌ی هندسی بر ضریب f و نیز بر معیار ارزیابی عملکرد j/f است. دامنه‌ی موج برای ضریب j در ناحیه آرام بیشترین تأثیر را داشت ولی در اعداد رینولدز بالاتر به تدریج از اهمیت آن کاسته شده و بر اهمیت گام پره افزوده می‌شود. دومین مشخصه‌ی مؤثر در تمام اعداد رینولدز برای ضرائب j، f و j/f طول موج است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| مبدل حرارتی صفحه ای فشرده؛ کانال های موجدار؛ شبیه سازی CFD؛ بهینه سازی؛ روش تاگوچی | ||
| مراجع | ||
|
[1] Ahmed HE, Mohammed HA, Yusoff MZ (2012) An overview on heat transfer augmentation using vortex generators and nanofluids: Approaches and applications. Renew Sust Energ Rev 16: 5951–5993.
[2] Tullius JF, Tullius TK, Bayazitoglu Y (2012) Optimization of short micro pin fins in minichannels. Int J Heat Mass Transf 55: 3921–3932.
[3] Khoshvaght-Aliabadi M, Jafari A, Sartipzadeh O, Salami M (2016) Thermal–hydraulic performance of wavy plate-fin heat exchanger using passive techniques: Perforations, winglets, and nanofluids. Int Commun Heat Mass Transf 78: 231–240.
[4] Khoshvaght Aliabadi M, Hormozi F (2013) Performance Analysis of Plate-Fin Heat Exchangers: Different Fin Configurations and Coolants. J Thermophys Heat Trans 27: 515-525.
[5] براتی بنی س، پیشکار ا، سلیمپور م ر (1397) مطالعه اثر نانو سیال در تبادلگر حرارتی خنک کاری روغن موتور دیزل دریایی. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 223-221 :(2)8.
[6] خاکی جامعی م، عباسی م (1396) بررسی عددی تأثیر نانوسیال بر راندمان چاه حرارتی میکرو کانالی با استفاده از روش تاگوچی. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 287- 275 :(1)7.
[7] هوشمند ا، صداقت ا، سلیم پور م ر، زرگوشی ع، محسنی ع (1394) بررسی تجربی انتقال حرارت جریان نانوسیال آب/TiO2 در لوله افقی با نوار پیچه تحت شرایط دمای ثابت دیواره. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 172- 165 :(3)5.
[8] قاضی خانی م، نوری فر ع، شرف بایگی ا (1391) بررسی آزمایشگاهی تاثیر انواع مختلف زائده‌های تولید گردابه روی عملکرد مبدل‌های حرارتی پره لوله‌ای آب- هوا با استفاده از تحلیل اگزرژی. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 75-61 : (4)2.
[9] Khoshvaght-Aliabadi M, Hormozi F, Zamzamian A (2014) Role of channel shape on performance of plate fin heat exchangers: Experimental assessment. Int J Therm Sci 79: 183-193.
[10] Kays WM, London AL (1984) Compact Heat Exchangers. 3rd edn. Kreiger Publishing, Melbourne.
[11] Jiao A, Zhang R, Jeong S (2003) Experimental investigation of header configuration on flow maldistribution in plate-fin heat exchange. Appl Therm Eng 23: 1235-1246.
[12] Manglik RM, Zhang J, Muley A (2005) Low Reynolds number forced convection in three-dimensional wavy-plate-fin compact channels: fin density effects. Int J Heat Mass Transf 48: 1439-1449.
[13] Muley A, Borghese JB, White SL, Manglik RM (2006) Enhanced thermal-hydraulic performance of a wavy-plate fin compact heat exchanger: effect of corrugation severity. Proc. Chicago, Int Mech Eng Congress Expo 1:701-707.
[14] Junqi D, Jiangping C, Zhijiu Z, Yimin Z, Wenfeng Z (2007) Heat transfer and pressure drop correlation for the wavy fin and flat tube heat exchangers. Appl Therm Eng 27: 2066-2073.
[15] Junqi D, Jiangping C, Wenfeng Z, Jinwei H (2010) Experimental and numerical investigation of thermal-hydraulic performance in wavy fin-and-flat tube heat exchangers. Appl Therm Eng 30: 1377-1386.
[16] Khoshvaght-Aliabadi M, Gholam Samani M, Hormozi F, Haghighi Asl A (2011) 3D-CFD Simulation and Neural Network Model for the j and f Factors of the Wavy Fin and-Flat Tube Heat Exchangers. Braz J Chem Eng 28: 505-520.
[17] Sheik Ismail L, Ranganayakulu C, Ramesh KS (2009) Numerical study of flow patterns of compact plate fin heat exchangers and generation of design data for offset and wavy fins. Int J Heat Mass Transf 52: 3972–3983.
[18] Sheik Ismail L, Velraj R, Ranganayakulu C (2010) Studies on pumping power in terms of pressure drop and heat transfer characteristics of compact plate-fin heat exchangers-A review. Renew Sust Energ Rev 14: 478-485.
[19] Khoshvaght-Aliabadi M, Hormozi F, Hosseinirad E (2014) New correlations for wavy plate-fin heat exchangers: Different working fluids. Int J Numer Method H 24: 1086-1108.
[20] Khoshvaght-Aliabadi M, Hormozi F (2013) Effect of wave-and-lance length variations on performance of wavy and offset strip plate fin heat exchangers. Arab J Sci Eng 38: 3515–3529.
[21] Nilpueng K, Ahn HS, Jerng DW, Wongwises S (2019) Heat transfer and flow characteristics of sinusoidal wavy plate fin heat sink with and without crosscut flow control. Int J Heat Mass Transf 137: 565–572.
[22] Wang J, Wan W (2009) Experimental design methods for fermentative hydrogen production: A review. Int J Hydrogen Energ 34: 235-244.
[23] Lee J, Lee KS, Yook SJ (2011) Shape optimization of a plate heat exchanger with a dimpled surface. Int Symposium Transp Phenom, Netherlands 8-11.
[24] Zeng M, Tang LH, Lin M, Wang QW (2010) Optimization of heat exchangers with vortex-generator fin by Taguchi method. Appl Therm Eng 30: 1775-1783.
[25] Song Y, Asadi M, Xie G, Rocha LAO (2015) Constructal wavy-fin channels of a compact heat exchanger with heat transfer rate maximization and pressure losses minimization. Appl Therm Eng 75: 24-32.
[26] Wen J, Li K, Wang C, Zhang X, Wang S (2019) Optimization investigation on configuration parameters of sine wavy fin in plate-fin heat exchanger based on fluid structure interaction analysis. Int J Heat Mass Transf 131: 385–402.
[27] FLUENT Incorporated (2004) FLUENT 6.2 User’s Guide. Fluent Incorporated Lebanon, NH, USA.
[28] Tian L, He Y, Tao Y, Tao W (2009) A comparative study on the air-side performance of wavy finandtube heat exchanger with punched delta winglets in staggered and in-line arrangements. Int J Therm Sci 48: 1765-1776.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,185 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 896 |
||