مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی جریان رفت و برگشتی در خنک‌کن پوسته و لوله‌ای موتور استرلینگ گاما

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی
2 دانشیار دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی
3 دانشجوی دکترا دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
4 دانشجوی دکترا
چکیده
یکی از مهم ترین مشخصه های جریان در مبدل های حرارتی موتور استرلینگ، نوسانی بودن جریان است. در این تحقیق جریان رفت و برگشتی در خنک کن موتور استرلینگ به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی بر اساس روش حجم محدود و الگوریتم فشار مبنا در کد تجاری نرم افزار فلوئنت انجام شده است. مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله، مایع-گاز است. سیال عامل به صورت گاز، در داخل لوله ها و سیال خنک کننده، آب در اطراف لوله ها در جریان است. ضریب انتقال حرارت، اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در فشار کاری و فرکانس نوسان متفاوت برای سه سیال هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن بدست آورده شده است. عدد ناسلت، ضریب انتقال حرارت و اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، با افزایش فرکانس نوسان و فشار کاری افزایش می یابد و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. هلیم دارای بیشترین ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک و کمترین اختلاف دما بین سیال عامل و دیواره است. در بیشترین فشار کاری و فرکانس نوسان، بیشترین عدد ناسلت و کمترین ضریب اصطکاک برای کربن دی اکسید بدست آمد. در انتها، رابطه‌ای برای عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن برای محدوده عدد رینولدز جنبشی 2.96-212.50 با مقدار خطا %0.23-8.07 پیشنهاد شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of reciprocating flow in a shell and tube heat exchanger used as a cooler in gamma Stirling engine

نویسندگان English

Asma Dehghan 1
Ali Keshavarz Valian 2
Alireza batooei 3
Hojjat Saberinejad 4
1 faulty of mechanical engineering, K.N.Toosi university of Technology
3 faulty of mechanical engineering, K.N.Toosi university of Technology
4 faculty of mechanical engineering, K.N.Toosi university of Technology
چکیده English

Oscillating flow is one of the most important characteristics of flow in stirling engine heat exchangers. In this study reciprocating flow in stirling engine cooler is investigated numerically. Numerical solution is based on finite volume and pressure based algorithm by using the commercial CFD code fluent. A Shell and tube type heat exchanger used as cooler. The working fluid, gas flows inside the tubes while the cooling fluid, water flows around the tubes. The heat transfer coefficient, temperature difference between tube walls and working fluid, Nusselt number and friction coefficient are calculated for Helium, Carbon‌ dioxide and Nitrogen at different operating pressure and oscillating frequency. The Nusselt number, heat transfer coefficient and temperature difference between tube walls and working fluid increase with increase of operating pressure or oscillating frequency while Friction coefficient decreases. Helium has the highest heat transfer coefficient and friction coefficient and the lowest temperature difference between tube walls and working fluid. At the highest operating pressure and oscillating frequency, Carbon dioxide has the highest Nusselt number and the lowest Friction coefficient. Finally empirical equations for Nusselt number and friction coefficient are proposed for Helium, Carbon dioxide and Nitrogen, the error of the equations are within 0.23-8.07% when the range of kinetic Reynolds number is 2.96-212.50.

کلیدواژه‌ها English

Oscillating flow
Cooler
Shell and tube heat exchanger
Nusselt number
Friction coefficient