Исследование влияния сплошных шипов на характеристики теплообмена оребренной трубы


Авторы

Дееб Р. 1, 2

1. Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия
2. Университет Дамаска, Сирия, Дамаск

e-mail: deeb@mpei.ru

Аннотация

Проведено комплексное экспериментальное и численное исследование влияния формы шипов на характеристики теплопередачи ребристых труб. Круглые и каплевидные ребра, расположенные в коридорном порядке, были изучены и сопоставлены с гладкой трубой. Исследование проводилось в интервале чисел Рейнольдса в диапазоне Re = 7,03×103 –35,17×103 . Результаты показали, что значения среднего числа Нуссельта для труб с каплевидным и круглым шипованным оребрением были примерно на 50,03–93,1 % и 59,59–77,08 % соответственно выше по сравнению с гладкой трубой. Эффективность труб с каплевидным и круглым шипованным оребрением превышала эффективность гладкой трубой на 2,93–54,89 % и 7,33–37,1 % соответственно. Приведены корреляции, которые позволяют оценить среднее число Нуссельта и эффективность для оребренных труб, и показано, что применение труб с каплевидными шипами вносит значительный вклад в энергосбережение.

Ключевые слова:

каплевидное ребро, оребренная труба, теплообмен, число Нуссельта, экспериментальное исследование, CFD

Библиографический список

  1. Polat M.E., Cadirci S. Artificial neural network model and multi-objective optimization of microchannel heat sinks with diamond-shaped pin fins. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2022, vol. 194, 123015. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123015
  2. Ravanji A., Zargarabadi M.R. Effects of elliptical pin-fins on heat transfer characteristics of a single impinging jet on a concave surface. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, vol. 152, 119532. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119532
  3. Abdolvahab R., Ann L., Javad M., Shaokoon C.  Critical review on thermohydraulic performance enhancement in channel flows: A comparative study of pin fins. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2023, vol. 188, 113793. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113793
  4. Ndao S., Peles Y., Jensen M.K. Effects of pin-fin shape and configuration on the single-phase heat transfer characteristics of jet impingement on micro pin-fins. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, vol. 70, pp. 856–863. https://doi.org/10.1016/j.%20ijheatmasstransfer.2013.11.062
  5. Mohamed D., Bobby M., Fadi A. Experimental investigation of pressure drop and heat transfer in minichannel with smooth and pin fin surfaces. International Journal of Thermofluids, 2024, vol. 21, 100542. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100542
  6. Li Q., Chen Z., Flechtner U., Warnecke H.J. Heat transfer and pressure drop characteristics in rectangular channels with elliptic pin fins. International Journal of Heat and Fluid Flow, 1998, vol. 19, no. 3, pp. 245–250. https://doi.org/10.1016/S0142-727X(98)00003-4
  7. Uzol Q., Camci C. Elliptical pin fins as an alternative to circular pin fins for gas turbine blade cooling applications, part 1: endwall heat transfer and total pressure loss characteristics. ASME Turbo Expo 2001: Power for Land, Sea, and Air, 2001, 2001-GT-0180, V003T01A056. https://doi.org/10.1115/2001-GT-0180
  8. Uzol Q., Camci C. Heat transfer, pressure loss and flow field measurements downstream of staggered two-row circular and elliptical pin fin arrays. ASME Journal of Heat Transfer, 2005, vol. 127, no. 5. pp. 458–471. https://doi.org/10.1115/1.1860563
  9. Kosar A., Peles Y. Micro scale pin fin heat sinks-parametric performance evaluation study. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 2007, vol. 30, no. 4, pp. 855–865. https://doi.org/10.1109/TCAPT.2007.906334
  10. Behnia M., Copeland D., Soodphakdee D. A comparison of heat sink geometries for laminar forced convection: Numerical simulation of periodically developed flow. Sixth Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, Seattle. WA, USA, 1998, pp. 310–315. https://doi.org/10.1109/ITHERM.1998.689579
  11. Abdoli A., Jimenez G., Dulikravich G.S. Thermo-fluid analysis of micro pin-fin array cooling configurations for high heat fluxes with a hot spot. International Journal of Thermal Sciences, 2015, vol. 90, pp. 290–297. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2014.12.021
  12. Khoshvaght A.M., S. Deldar, Hassani S.M. Effects of pin-fins geometry and nanofluid on the performance of a pin-fin miniature heat sink (PFMHS), International Journal of Mechanical Sciences. 2018, vol. 148, pp. 442–458. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.09.019
  13. Zhukova Y.V., Terekh A.M., Rudenko A.I. convective heat transfer and drag of two side-by-side tubes in the narrow channel at different reynolds number,” Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2018, vol. 62, no. 6, pp. 756–762.
  14. Bayata H., Lavasani A.M., Maarefdoosta T. Experimental study of thermal–hydraulic performance of cam-shaped tube bundle with staggered arrangement. Energy Conversion and Management, 2014, vol. 85, pp. 470-476.
  15. Дееб Р. Численное исследование характеристик теплообмена и гидравлического сопротивления шахматных пучков сдвоенных труб круглой и каплевидной формы. Вестник Тепловые процессы в технике, 2020, Т. 12, №. 10, С. 434-444.
  16. Дееб Р., Колотвин А.В. Численное исследование и сравнение теплообмена и гидродинамики коридорного пучка труб круглой и каплевидной формы. Вестник Труды Академэнерго, 2020, Т. 60, №. 3, С. 42-59.
  17. Дееб Р. Экспериментальное и численное исследование влияния угла атаки на характеристики воздушного потока при обтекании одиночной каплевидной трубы. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2021, Т. 22, № 2, С. 53-67.
  18. Дееб Р. Влияние угла атаки на характеристики теплообмена при обтекании одиночной каплевидной трубы. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, Т. 22, № 5, 2021, С. 43-63.
  19. Дееб Р. Влияние относительного продольного и поперечного шага на характеристики теплообмена шахматного пучка труб каплевидной формы. Вестник Тепловые процессы в технике, Том 14, № 2, 2022, C. 74– 84.
  20. Дееб Р. Сиденков Д. В. Повышение эффективности пучков каплевидных труб за счет управления углом атаки. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2023, Т. 24, № 3, С. 1-16.
  21. ANSYS Fluent Reference Guide. ANSYS. Inc. Release 16.0. 2015.
  22. Cengel Y.A. Heat Transfer: A Practical Approach. McGraw-Hill, New Jersey, 2002, vol. 2, P.932.
  23. Zhukauskas A. Heat transfer from tubes in cross-flow. Adv. Heat Transfer, 1972, vol. 8. pp.93–160. https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70038-8

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024