بررسی عملکرد لوله های پره دار مارپیچی در انتقال حرارت

خلاصه مطالعه

این مطالعه تحت عنوان “بررسی عملکرد لوله‌های فین‌دار مارپیچی در انتقال حرارت و ساختار جریان بید” در مجله بین‌المللی انتقال حرارت و جرم منتشر شده است. هدف این تحقیق بررسی ویژگی‌های جریان آشفته و انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی با استفاده از لوله‌های فین‌دار مارپیچی (SFT) است. در این تحقیق از شبیه‌سازی بزرگ‌اِدی (LES) برای تحلیل دینامیک جریان و توزیع دما در اطراف این لوله‌ها استفاده شده است.

اهداف و روش‌شناسی

هدف اصلی این مطالعه شناسایی ساختارهای آشفته هم‌راستا در اطراف فین‌های مارپیچی و درک نقش آن‌ها در بهبود عملکرد انتقال حرارت است. محققان از معیار Q برای شناسایی و تحلیل ساختارهای گردابه‌ای و تجزیه و تحلیل حالت‌های دینامیکی (DMD) برای ارزیابی تغییرات دما در میدان جریان استفاده کرده‌اند. این تحقیق همچنین بررسی می‌کند که چگونه تغییرات در اعداد رینولدز بر ویژگی‌های جریان آشفته و ضرایب انتقال حرارت تأثیر می‌گذارد.

یافته‌های کلیدی

1. ساختارهای گردابه‌ای: این مطالعه سه ناحیه اصلی گردابه‌ای را در اطراف SFT شناسایی کرده است که به طور قابل توجهی انتقال حرارت را بهبود می‌بخشند. ساختار جریان با گردابه‌های متقابل مشخص می‌شود که به دلیل تعامل بین سیال و فین‌ها ایجاد می‌شود.
2. تأثیر اعداد رینولدز: نتایج نشان می‌دهد که با افزایش عدد رینولدز، تشکیل گردابه‌های کوچک‌مقیاس تقویت می‌شود که تأثیر مثبتی بر انتقال حرارت دارد. با این حال، پس از رسیدن به یک عدد رینولدز خاص، قدرت گردابه‌ها دیگر افزایش نمی‌یابد.
3. ضریب انتقال حرارت: عدد نوسلت (Nu) به‌عنوان یک معیار بدون بعد برای اندازه‌گیری انتقال حرارت جابجایی، به‌طور قوی با ساختارهای گردابه‌ای شناسایی شده همبستگی دارد. ضریب همبستگی بین Nu و مقادیر Q به 0.81 می‌رسد.
4. توزیع دما: توزیع دما بر روی سطوح فین‌ها نشان‌دهنده تغییرات قابل توجهی است، به‌طوری‌که دما در نواحی بالادست به‌طور قابل توجهی بالاتر از نواحی پایین‌دست است.
5. حالت‌های دینامیکی: تحلیل DMD نشان می‌دهد که حالت‌های غالب تأثیر زیادی بر توزیع دما دارند و شامل فرکانس‌های گردابه‌زایی هستند که به بهبود انتقال حرارت کمک می‌کنند.

نتیجه‌گیری

این مطالعه نتیجه‌گیری می‌کند که ساختارهای آشفته هم‌راستا در اطراف لوله‌های فین‌دار مارپیچی برای بهبود کارایی انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی حیاتی هستند. یافته‌ها بینش‌های ارزشمندی برای طراحی و بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی فین‌دار ارائه می‌دهند، به‌ویژه در کاربردهایی که شامل بازیابی حرارت ضایعات است. استفاده از تکنیک‌های شبیه‌سازی پیشرفته مانند LES و DMD درک عمیق‌تری از تعاملات پیچیده بین دینامیک جریان و عملکرد حرارتی فراهم می‌کند و راه را برای تحقیقات آینده در این زمینه هموار می‌سازد.