مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی معماری بهینه لوله پره دار حلقوی با استفاده از تئوری ساختاری

نویسندگان
1 استاد / دانشگاه تهران
2 دانشگاه تهران
3 دانشیار - دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
در کار حاضر طراحی ساختاری لوله پره دار حلقوی مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای هندسی مورد بررسی شامل قطر پره، ضخامت پره، گام پره، قطر خارجی لوله، طول لوله و پارامترهای فیزیکی شامل عدد افت فشار و عدد استانتون، نسبت قابلیت هدایت حرارتی پره به هوا و نسبت قابلیت هدایت حرارتی سیال داخل لوله به هوا است. هدف این مطالعه افزایش تبادل حرارت با تغییر متغیرهای هندسی است. مشاهده شد که در یک شرایط جریانی مشخص، ساختار لوله پره دار حلقوی دارای هندسه بهینه و تعداد پره بهینه می باشد، بگونه ای که مقاومت حرارتی به کمترین مقدار خود می ‌رسد. در افت فشار کم و عدد استانتون پایین، راندمان پره و ضریب انتقال حرارت داخلی بالاست. در این شرایط روابطی تحلیلی برای تبادل حرارت بهینه، تعداد پره بهینه و هندسه بهینه ارائه گردید. مشاهده شد که نسبت ضخامت به گام پره در حالت بهینه فقط تابع درصد حجمی پره می‌باشد و این مقدار با افزایش درصد حجمی پره زیاد می‌شود. همچنین تعداد پره بهینه متناسب با نسبت فاصله بین دو پره به گام پره در حالت بهینه و عکس عدد استانتون است. بعلاوه دیده شد که در محدوده پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه، لوله با تعداد پره 3400 و نسبت منظر 0.63 دارای حداکثر انتقال حرارت است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimal Architecture Design of Circular Finned Tube using Constructal Theory

نویسندگان English

Hossein Shokohmand 1
Shoeib Mahjoub 2
Mohammad Reza Salimpour 3
چکیده English

In the present work, constructal design of annular finned tube has been studied. Geometrical parameters include fin diameter, fin thickness, fin pitch, tube outer diameter, tube length while physical parameters involve pressure drop number, Stanton number, fin-to-air conductivity ratio, and in-tube fluid-to- air conductivity ratio. The aim of this study is to enhance heat transfer by letting the geometrical degrees of freedom to morph. It was observed that at certain flow conditions, there exist optimal geometry and fin number for the finned tube construct in which its thermal resistance is minimum. Fin efficiency and tube-side convective heat transfer coefficient are higher at low pressure drops and Stanton numbers. In these conditions, analytical relationships were proposed to predict optimal heat transfer, optimal fin number and optimal geometry. It was seen that the optimal fin thickness-to-fin pitch ratio is merely dependent on the fin volume fraction; and it rises with the increase in fin volume fraction. Moreover, the optimum fin number is directly proportional to fin spacing – to- fin pitch ratio and inversely proportional to Stanton number. Furthermore, it was seen that in the range of parameters considered in this study, the tube with 3400 fins and aspect ratio of 0.63 has the most heat transfer rate.

کلیدواژه‌ها English

Circular (Annular) Finned Tube
Constructal Theory
Optimization
Air-cooled heat exchanger