پديد آورنده :
آراسته، حسين
عنوان :
تحليل عددي جريان و انتقال حرارت در مبدل هاي حرارتي دو لوله اي داراي فوم فلزي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
سيزده، 83ص.: مصور
استاد راهنما :
محمدرضا سليم پور، محمدرضا توكلي نژاد
استاد مشاور :
علي اكبر عالم رجبي
توصيفگر ها :
افت فشار , ماده متخلخل , معيار ارزيابي عملكرد , تعادل دماي موضعي
تاريخ نمايه سازي :
1394/09/01
استاد داور :
احمدصابونچي، احمد سوهانكار
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/10/05
چكيده فارسي :
چكيده افزايش انتقال حرارت در تجهيزات حرارتي ازجمله مبدلهاي حرارتي موضوعي است كه تكاكنون مطالعكات گسكتردهاي روي آن انجامگرفته است روشهاي مختلفي براي افزايش انتقال حرارت در مبدلهكاي حرارتكي توسكط محققكان موردبررسكي قرارگرفتكه اسكت روشي كه در سالهاي اخير بسيار موردتوجه قرارگرفته استفاده از محيط متخلخل در مبكدلهكاي حرارتكي مكيباشكد همچنكين بكين مكواد متخلخل مختلف موادي كه توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده فومهاي فلزي بكا ضكرايب هكدايت حرارتكي بكاال مكيباشكند استفاده از محيط متخلخل باعث افزايش انتقال حرارت و همچنين افزايش افت فشار ميشود ازاينرو نحوهي چيدمان ماده متخلخل بكراي نحكوهي رسيدن به حداكثر انتقال حرارت و حداقل افت فشار مورد چكالش قرارگرفتكه اسكت درنتيجكه روشهكاي مختلفكي در خصكو چيدمان مواد متخلخل و همچنين جنس مواد متخلخل مورد مطالعه قرارگرفته است چيدمانهاي مختلفكي ازجملكه قرارگيكري فكوم فلكزي بهصورت شعاعي و طولي در مبدلهاي حرارتي بهصورتهاي مختلفي مورد مطالعه قرارگرفته است در پايكاننامكه حاضكر قصكد بكر ايكن است كه با استفاده از قرار دادن فوم فلزي در حاالت مختلف در طول يك مبدل حرارتي دو لولهاي جريان مخالف چيكدماني بكه دسكت آيد كه انتقال حرارت حداكثر و افت فشار حداقل را در پكي داشكته باشكد بكراي ايكن ككار تحليكل جريكان و انتقكال حكرارت بكه كمكك شبيهسازي عددي توسط نرمافزار فلوئنت انجامگرفته است مدل دارسي براي معادلهي مومنتوم و مكدل تكك معادلكهاي يكا تعكادل دمكاي موضعي براي معادلهي انرژي در ن ر گرفتهشده است مقدار ثابتي از فوم فلزي بهگونهاي ككه نسكبت حجكم فكوم فلكزي بكه حجكم مبكدل شكده اسكت ثابكت و جريكان آرام فكر حرارتي مقدار ثابتي باشد مورد استفاده قرارگرفته است سيال مورد استفاده آب مايع با خكوا ترمودينكاميكي فكاز جامكد فوم فلكزي و سكيال جريان ورودي كامال توسعهيافته هيدروديناميكي در ن ر گرفتهشده اسكت تمكامي خكوا مستقل از دما ميباشند ماده متخلخل يا فوم فلزي كامال همگن و ايزوتروپيك در ن ر گرفتهشده است با مقايسكه چيكدمانهكاي مختلكف بهترين چيدمان با استفاده از معيار ارزيابي عملكرد انتخابشده است نتايج نشان ميدهد با افزايش تعداد بخشهاي تقسيمشده فوم فلكزي انتقال حرارت افزايش و افت فشار به دليل ثابت بودن حجم فوم فلزي بهصورت ناچيزي افزايش مييابد تقسيم ككردن فكوم فلكزي تكا 33 تكه صورت گرفته است مشاهده شد كه با تقسيم كردن ماده متخلخل تا 33 تكه افكزايش انتقكال حكرارت بكر واحكد طكول هموارشكده و درنتيجه فوم فلزي 9 تكه بهعنوان بهترين چيدمان انتخاب شد اثر عدد دارسي يكا نفوپپكريري بكر عكدد ناسكلت و معيكار ارزيكابي عملككرد موردبررسي قرارگرفته است نتايج نشان ميدهد كه با كاهش عدد دارسي و يا نفوپپريري به دليل افزايش انكدركنش بكين سكيال و فكوم فلزي انتقال حرارت افزايش و افت فشار نيز افزايش مييابد همچنين مشاهده شد كه بكا ككاهش عكدد دارسكي معيكار ارزيكابي عملككرد كاهش مييابد درواقع اعداد دارسي بزرگتر داراي ميزان بازيابي انرژي بيشتري در مقايسه با هدر رفت انرژي هستند كلمات كليدي انتقال حرارت افت فشار مبدل حرارتي ماده متخلخل فوم فلزي معيكار ارزيكابي عملككرد تعكادل دماي موضعي
چكيده انگليسي :
89 Numerical investigation of fluid flow and heat transfer enhancement in a double pipe metal foam heat exchanger Hossein Arasteh h arasteh@me iut ac ir Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisors Mohammad Reza Salimpour salimpour@cc iut ac ir Mohammad Reza Tavakoli mrtavak@cc iut ac irAbstract Augmentation of heat transfer in equipment such as heat exchangers is an important issue for savingenergy extensive studies has been done on this issue Many methods of increasing the heat transfer of heatexchangers investigated These equipment are used in power generation industry process industry Chemical industry electronic equipment geothermal energy recovery air heaters manufacturing airconditioning space applications and etc The method that is more considered by researchers is using porousmedia in heat exchangers by many ways of inserts of porous media Also metal foams with highconductivity attracts researchers as a porous media Using metal foams in heat exchangers enhance the heattransfer and pressure drop so optimizing these parameters is the cause of many investigation on ways ofinserting the metal foams in heat exchangers for reaching the best layout that is maximum heat transfer andminimum pressure drop Porous media are used in electronic parts drying processes heat pipes geothermalsystems extraction of oil resources insulating storage of nuclear waste filters energy systems such as heatexchangers chemical reactors cooling parts solar collectors and etc In the present work a numerical studyof flow and heat transfer characteristics is made in a counter flow and double pipe heat exchanger withporous structures inserted in both pipes of heat exchanger In fact our purpose in this work is achieving alayout for metal foam that has the maximum heat transfer and minimum pressure drop with constractualdesign with constant volume of metal foam So we used the Performance Evaluation Criteria or PECnumber for achieving the best layout The momentum equation modelled by Darcy model and energyequation is modelled by two equation model or Local Thermal Equilibrium LTE method The Fluentsoftware is used to solve the governing equations We used a constant volume of metal foam for inserting inthe heat exchanger that is occupy twenty percent of the whole volume of the heat exchanger The fluid iswater so the Prandtl number is equal to 7 The porosity the Reynolds number and thermal conductivity ofthe solid to fluid are set fixed at 0 95 100 and 100 respectively The flow is axisymmetric two dimensionaland in steady state with no internal heat generation The thermo physical properties of the porous matrixand the fluid are assumed to be constant and the porous medium is considered homogeneous isotropic andin local thermal equilibrium with the fluid The pipes are made of stainless steel The results showed thatincreasing the partition number of the metal foam enhanced heat transfer and no sensitive effect on pressuredrop because of the constant volume of porous media so the partition number equal to 4 chosen as the bestlayout for porous media Effect of Darcy number on Nusselt number and PEC number investigated Theresults showed that decreasing the Darcy number enhanced the heat transfer because of increasing the fluidand solid interaction and increased pressure drop Also the increasing of percentage of the pressure drop ofthe heat exchanger with metal foam to heat exchanger without metal foam is more than increasing ofpercentage of the heat transfer with decreasing the Darcy number so increasing the Darcy numberenhanced the PEC number Keywords Heat transfer Pressure drop Heat exchanger Porous media Metal foam Performanceevaluation criteria Local thermal equilibrium
استاد راهنما :
محمدرضا سليم پور، محمدرضا توكلي نژاد
استاد مشاور :
علي اكبر عالم رجبي
استاد داور :
احمدصابونچي، احمد سوهانكار
