بهینه‌سازی مبدل‌ حرارتی فشرده لوله‌ای- فین دار با حداقل کردن آنتروپی تولیدی

مبدل حرارتی فشرده لوله‌ای فین‌دار برای انتقال گرما از سیالی که داخل لوله جریان دارد به هوای بیرون مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این تحقیق، تولید آنتروپی و عدد رینولدز بهینه برای مبدل حرارتی فشرده لوله‌ای فین‌دار بر اساس تولید آنتروپی کمینه بررسی شده است. تولید آنتروپی کل برای مبدل حرارتی فشرده لوله‌ای فین‌دار که مجموع تولید آنتروپی سیال جاری داخل لوله‌ها و تولید آنتروپی سیال هوای بیرون است، با توجه به تغییرات عدد رینولدز سیال جاری داخل لوله‌ها، دارای یک مقدار کمینه است. بر اساس تحلیل ترمودینامیکی و بررسی پارامترهایی که در تولید آنتروپی تاثیرگذار هستند، یک عبارت برای عدد رینولدز بهینه پیشنهاد می‌شود که عبارت مورد نظر تابعی از خصوصیات ترمودینامیکی سیال جاری داخل لوله‌ها، خصوصیات ترمودینامیکی سیال هوای بیرون از لوله‌ها، تاثیر تغییرات دمای محیط، دمای ورودی سیال خنک شونده و همچنین ابعاد هندسی مبدل حرارتی مورد نظر است. با توجه به بهینه‌سازی انجام شده، اطلاعات موثری برای طراحی مبدل حرارتی فشرده لوله‌ای فین‌دار به دست می‌آید. بنابراین در شرایط عملی با استفاده از عدد رینولدز بهینه، سیستم دارای کمترین بازگشت‌ناپذیری و در نتیجه بهترین اگزرژی قابل دسترس خواهد بود. در نهایت رابطه ای برای محاسبه عدد رینولدز بهینه پیشنهاد گردید که می تواند با حداکثر خطای 0.6 % مقدار رینولدز بهینه را محاسبه نماید.

Optimization of Finned-Tube Heat Exchanger with Minimizing the Entropy Production rate

A compact fintube heat exchanger is used to transfer current fluid heat inside the tubes into the air outside. In this study, entropy production and optimized Reynolds number for finnedtube heat exchangers based on the minimum entropy production have been investigated. As a result, the total entropy of compact heat exchangers, which is the summation of the production rate of fluid entropy inside the tube, and the entropy production rate of fluid in the air, is minimum due to the changes in the Reynolds number of the fluid inside the tubes. Based on thermodynamic analysis and study of parameters affecting the entropy production, one expression is proposed for the optimal Reynolds number. The expression is a function of the thermodynamic properties of the fluid in the pipe, fluid thermodynamic properties of air, the effects of ambient temperature, input temperature of the cooling fluid, and geometrical dimensions of the heat exchanger. According to this optimization, effective information for the design of a compact finnedtube heat exchanger would be obtained. Therefore, in practical conditions, using optimal Reynolds number, the system has the lowest irreversibility, and as a result, the best exergy will be accessible. Finally, an empirical correlation is proposed for the optimum Re number that can predict Reopt with less than 0.6 % error.