تحلیل ترمو-هیدرولیک مبدل های حرارتی چندلایه با جریان متقاطع

Thermo-hydraulic analysis of multi-row cross-flow heat exchangers

مجله  الزویر – Elsevier

سال ۲۰۱۸

چکیده

این مقاله تحلیلی ترموهیدرولیک مبدل های حرارتی لوله ای فین دار با جریان متقاطع برای واحد بیرون از ساختمان در کاربردهای تهویه مطبوع مسکونی و پمپ حرارتی ارائه می دهد. عملکرد مبدل های حرارتی به طور چشمگیری بر راندمان انرژی سامانه و اندازه سیستم تهویه و پمپ حرارتی تأثیر می گذارد. معادلات ناویر-استوکس و معادله انرژی در حوزه محاسبات سه-بعدی حل شده اند که چندین نوع از مبدل های حرارتی لوله ای فین دار را در بر می گیرد. به جای اینکه به طور مستقیم میدان های جریانی و دمایی برای مبدل حرارتی بیرون از ساختمان را حل کنیم، ردیف لوله فین دار توسط یک واسطه متخلخل با نفوذپذیری مشابه تخمین شده است که با استفاده از حل سه بعدی حجم محدودی از المان فین دار دوره ای برآورد گردیده است. این اطلاعات برای انجام محاسبات میدان جریان کل سامانه مورد نیاز و از نظر زمانی به صرفه اند. میدان جریان و انتقال حرارت مربوطه برای بازه ی وسیعی از سرعت در سطح و آرایش لوله های فین دار مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج در مقایسه با داده های تجربی ارائه گردیده اند. افت فشار پیش بینی شده و نرخ انتقال حرارت برای سرعت های مختلف ورودی با داده های اندازه گیری شده مطابقت بالایی دارند.

Abstract

This paper presents thermal hydraulic analysis of the cross-flow finned tube heat exchangers for an outdoor unit in residential air-conditioning and heat pump applications. Performance of heat exchangers affect significantly the system energy efficiency and size of the air-conditioning and heat pumps. The Navier-Stokes equations and the energy equation are solved for the three dimensional computation domain that encompasses multiple rows of the fin-tube heat exchangers. Rather than solving the flow and temperature fields for the outdoor heat exchanger directly, the fin-tube array has been approximated by the porous medium of equivalent permeability, which is estimated from a three dimensional finite volume solution for the periodic fin element. This information is essential and time-effective in carrying out the global flow field calculation which, in turn, provides the face velocity for the microscopic temperature-field calculation of the heat exchanger. The flow field and associated heat transfer for a wide range of face velocity and fin-tube arrangements are examined and the results are presented compared with experimental data. The predicted pressure drop and heat transfer rate for various inlet velocities are in excellent agreement with the measured data.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه آماده ورد