مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل عددی اثرات ارتفاع و زاویه بافل بر انتقال حرارت در مبدل حرارتی پوسته و لوله با استفاده از نانوسیال

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت
2 مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین
چکیده
در این پژوهش، به بررسی عددی مبدل حرارتی پوسته و لوله با استفاده از نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی Ansys-Fluent 15.0 پرداخته شده است. مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به دلیل کارایی بالا در انتقال حرارت، نقش مهمی در فرایندهای صنعتی دارند. این تحقیق با تمرکز بر دو پارامتر هندسی مهم، یعنی ارتفاع و زاویه بافل‌ها، به تحلیل خصوصیت‌های انتقال حرارت و جریان سیال می‌پردازد. مدل‌سازی دقیق هندسی مبدل و انجام شبیه‌سازی‌های مستقل از شبکه و همگرا، از مراحل اصلی این پژوهش بوده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها با مقاله معتبر مقایسه و اعتبارسنجی شده و نشان‌دهنده تطابق خوب با داده‌های نظری است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که زاویه بافل ۳۰ درجه و بافل با برش بافل ۲۵ درصد، بهینه‌ترین تنظیمات هندسی هستند. این تنظیمات منجر به بهبود انتقال حرارت و کاهش افت فشار می‌شوند که در نهایت به افزایش کارایی حرارتی و کاهش مصرف انرژی سیستم‌های مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌انجامد. به‌طورکلی، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی می‌توان به طراحی بهینه‌تر برای مبدل‌های حرارتی دست‌یافت که این امر کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بازدهی سیستم‌های صنعتی را به دنبال خواهد داشت
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical analysis of the Effects of Baffle Height and Angle on Heat Transfer in a Shell and Tube Heat Exchanger using Nanofluids

چکیده English

In this study, a shell and tube heat exchanger was numerically analyzed using Ansys-Fluent 15.0, a computational fluid dynamics software. Due to their high efficiency, Shell and tube heat exchangers play a significant role in industrial processes. This investigation is concentrated on the effect of two important geometrical entities, baffle height and angle, on heat transfer and fluid flow properties. Precise geometrical modeling of the device and conducting grid-independent and convergent simulations have been of primary steps of this study. The results of these simulations have been compared and evaluated using authentic papers, which showed great compatibility of these results with those of theories. It has been shown that a baffle angle of 30 degrees and a baffle with a cut height of 25% is the most efficient setup. This setup yields better heat transfer and less pressure drop finally resulting in improved thermal efficiency and moderated energy consumption of shell and tube heat exchanger systems. Overall, the results of this investigation show that by employing numerical simulation, more efficient designs are possible for heat exchangers, which will be accompanied by reduced operational costs and improved efficiency in industrial systems