شبیه‌سازی عددی اثر هندسه استفاده از لوله پره‌دار در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله

در این مقاله، یک مبدل حرارتی پوسته و لوله که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف استفاده می‏شود، به‌صورت سه‏بعدی شبیه‏سازی شده است. این مبدل متشکل از یک پوسته است که 90 عدد لوله به‌صورت u شکل درون آن قرار دارد. برای انتقال حرارت بیشتر یک‌بار لوله‌ها بدون پره و بار دیگر همراه با پره که به‌صورت طولی و یکپارچه با بدنه لوله تولید می‏شوند، شبیه‌سازی و مقایسه شدند. سیال جاری در پوسته، روغن mil-prf 23699 و سیال جاری در لوله‏ها، سوخت jp-4 است. این دو سیال در مسیرهای جداگانه‏ و مخالف هم جریان دارند و از طریق تماس با سطح لوله‏ها، با همدیگر تبادل حرارت انجام می‏دهند. با استفاده از نرم‌افزار aspen طراحی به گونه‌ای انجام ‌شده که مبدل حرارتی طول و وزن کمتری داشته باشد تا تاثیر بهتر و بالاتری در راندمان بالگرد داشته باشد. به‌منظور بررسی اثر هندسه لوله‏ها و دبی جرمی روغن بر میزان انتقال حرارت بین سوخت و روغن، شبیه‏سازی در برنامه  ansys fluent انجام‌ شده است. در این شبیه‏سازی‏، بخشی از کل مبدل حرارتی به‌عنوان هندسه انتخاب شده و اثر تغییر هندسه لوله‏ها، دبی جرمی سوخت و روغن بر ضریب انتقال حرارت، ضریب کولبرن، ضریب اصطکاک و نسبت آن‌ها و تغییرات دمای خروجی بررسی شده است. نتایج حاصل از این شبیه‏سازی نشان می‏دهد که نرخ انتقال حرارت بین سوخت و روغن برای مبدل حرارتی با لوله‏های پره‏دار، حدود 11 درصد بیشتر از حالت بدون پره است. همچنین کاهش دبی جرمی روغن واردشده به پوسته موجب افزایش بازدهی مبدل حرارتی می‏شود.

numerical simulation of the effect of using a finned tube on the thermal efficiency of heat exchangers

in this paper, a shell and tube heat exchanger used to transfer heat between two different fluids is simulated in three dimensions.this converter consists of a shell with 90 u-shaped tubes inside. for further heat transfer, the tubes were simulated and compared once without fins and again with fins, which are produced longitudinally and integrally with the tube body.the current flowing in the shell is mil-prf23699 oil and the flowing fluid in the tubes is jp-4fuel.these two fluids flow in separate and opposite directions and exchange heat with each other through contact with the surface of the tubes. using aspen software, the design is done in such a way that the heat exchanger has a shorter length and weight to have a better and higher effect on the efficiency of the helicopter.to investigate the effect of tube geometry and oil mass flow on the rate of heat transfer between fuel and oil,simulation has been performed in ansysfluent program.in this simulation, a part of the whole heat exchanger is selected as the geometry and the effect of changing the geometry of the tubes, mass flow of fuel and oil on the heat transfer coefficient,colburn coefficient, coefficient of friction and their ratio, and outlet temperature changes are investigated.the results of this simulation show that the heat transfer rate between fuel and oil for a heat exchanger with finned tubes is about 11%higher than without a fin.also, reducing the mass flow of oil entering the shell increases the efficiency of the heat exchanger.