Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamad Reza Tavakoli nejad,Mahmud Ashrafizadeh,Mohamadreza Salimpour
محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما) محمود اشرفی زاده (استاد مشاور) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Arash Soltani Tehrani
آرش سلطانی تهرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Using Porous Media to Improve the Performance of Sinusoidal Tube Heat Exchangers
Increasing heat transfer in heat exchangers has been consideredin many previous researches. Also the outgrowths of the sinusoidal tube heat exchanger do not have an important role in heat transferring. Using the porous media with a larger contact area with fluid and much larger heat conduction coefficient will increase the heat transfer, and the flow will be better ordered. In this paper, the problem of fully developed laminar flow in a sinusoidal heat exchanger filled with a homogenous porous media in the outgrowths of a sinusoidal tube heat exchanger is considered. Effects of surface waviness are shown by arameter which is the ratio of wavelength to amplitude. As decreases, the waviness of the surface increases. The problem is solved for =11, 19 and 25. The numerical analysis are conducted in Fluent to obtain the optimized thickness of porous media leading to the best performance of the heat exchanger.Performance of the heat exchanger is defined by PEC number which relates heat transfer and friction factor. Critical amount of PEC is one. The effects of Darcy number and porosity are considered. It is observed that mere the Darcy number will change the optimized porous media thickne but, the thickness is not changed with the change in porosity. The performance of the heat exchanger will be maximized when the outgrowths are fully filled with porous media with Darcy numbers between 10 -4 -10 -2 . In this condition, pressure drop is logically increased 8%. For Darcy numbers between 10 -6 -10 -4 , the maximized performance will happen in a lower thickness of porous media. It is shown that this treatment is repeated for all three . For all different umbers between 11-25, the optimized thickness of porous media is less than 100% for Darcy numbers between 10 -6 -10 -4 ; however, after Da=10 -4 , the optimized thickness is 100%, which means fully filling the outgrowths. In all cases, it is observed that increasing the Darcy number will lead to an increase in Nusselt number and heat transfer coefficient. In larger Darcy numbers Nusselt number and heat transfer coefficient are increased 2 times. For Darcy numbers between 10 -6 -10 -4 , there is a mild increase, while for Darcy numbers between 10 -4 -10 -2 the rate of increase is acute. It is shown that increasing the Darcy number will decrease the pressure drop and friction factor. This decrease is an acute trend for Darcy numbers between 10 -4 -10 -2 . In addition, decreasing the porosity will increase the heat transfer rate, and the friction factor will be remained the same; hence increasing the heat exchanger performance. The change in porosity will not affect the desired porous media thickness to improve heat exchangers’ performance. In all cases, it is shown that by using porous media the performance of heat exchanger is improved and the PEC number is more than the critical number. Key Words: Porous Media, Sinusoidal Heat Exchanger, Forced Convec
: افزایش ضریب انتقال حرارت در صنایع اهمیت بسیاری دارد. در صنعت معمولاً سعی می شود که در فضای کوچک‌تر، حداکثر انتقال حرارت رخ دهد. روش های زیادی برای افزایش انتقال حرارت در انواع مبدل ها بررسی‌شده است. یکی از این روش ها استفاده از محیط متخلخل است. محیط متخلخل به دلیل داشتن سطح تماس بزرگ‌تر با سیال و به‌ویژه، به دلیل داشتن ضریب هدایت حرارتی بسیار بالاتر از سیال مورد بررسی، باعث افزایش انتقال حرارت می شود. در پروژه ی حاضر برای یک جریان آرام و کاملاً توسعه یافته، با شرط تعادل حرارتی، جریان و انتقال حرارت جابجایی سیال، در یک مبدل لوله سینوسی به‌صورت عددی، مورد بررسی قرارگرفته است. در این بررسی، از نرم افزار فلوئنت استفاده‌شده است. اثر موجی بودن سطح، با پارامتر که نسبت طول‌موج به دامنه است، نشان داده‌شده است. در این بررسی، از سه مقدار 11، 19 و 25 برای استفاده‌شده است. در هر حالت، با افزودن مقدار مشخصی از ماده ی متخلخل ، تغییر در مشخصه های جریان مانند ضریب اصطکاک و انتقال حرارت بررسی شده اند. هدف از این کار، یافتن ارتفاع بهینه ای است که بیشینه ی عملکرد مبدل در آن ارتفاع حاصل می شود. در این تحقیق، تأثیر پارامتر های مختلف ازجمله تخلخل و عدد دارسی بر روی این ارتفاع بررسی‌شده است. نتایج مدل سازی حاکی از آن است که در هر سه حالت یاد شده برای ساختار هندسی مبدل لوله سینوسی، تنها عدد دارسی، ارتفاع ماده ی متخلخل را که در آن عملکرد مبدل بیشینه است، تغییر می دهد. در محدوده ی عدد دارسی 4- 10 تا 2- 10، هنگامی‌که فرورفتگی سینوسی کاملاً با محیط متخلخل پرشده است، بیشترین مقدار عملکرد مبدل حاصل می شود اما در محدوده ی 6- 10 تا 4- 10، به دلیل افزایش مقاومت ویسکوز و در نتیجه افت فشار، مقدار بهینه ی عملکرد مبدل در ارتفاع کمتری از ماده ی متخلخل رخ می دهد. در این بررسی مشاهده شد که ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد نوسلت، با قرار دادن ماده ی متخلخل افزایش می یابند و در حالت های بهینه، این افزایش به 2 برابر این مقادیر برای حالتی که ماده ی متخلخل نداریم، می رسند. این در حالی است که ضریب اصطکاک و افت فشار، در دارسی 6- 10 که بیشترین مقاومت ویسکوز ایجاد می شود، 2/1 برابر ضریب اصطکاک حالتی است که ماده ی متخلخل استفاده نشده است. همچنین کاهش تخلخل، باعث افزایش انتقال حرارت و در نتیجه افزایش عملکرد مبدل می شود، ولی ارتفاع ماده ی متخلخل در حالت بهینه را تغییر نمی دهد. کلمات کلیدی: محیط متخلخل، مبدل لوله سینوسی، جابجایی اجباری، جریان آرام، مدل تعادل گرمایی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی