تحلیل پارامتری میزان انرژی مصرفی، عملکرد محسوس و نهان دو مبدل انرژی سه سیاله لوله-کانال و سه-کانال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران،

چکیده

در این مقاله، امکان‌سنجی جایگذاری مبدل سه-کانال به جای لوله-کانال در یک سیستم واقعی به عنوان بازیاب انرژی، بررسی و سپس مقایسه عملکرد دو مبدل انرژی برای شرایط آب و هوایی بدون بعد انجام می‌شود. در این مبدل، محلول خشک‌کن با یک غشای نیمه تراوا از هوای تهویه جدا می شود. رطوبت و حرارت بین دو سیال از طریق این غشا مبادله می‌شود و آب به عنوان سیال سوم، گرمای مازاد تولید شده را جذب و یا گرمای مورد نیاز محلول خشک‌کن را به آن باز میگرداند. در مبدل لوله-کانال، لوله های آب به عنوان سیال سوم از داخل کانال محلول خشک‌کن عبور می‌کند. در حالی که در مبدل سه-کانال که در این مقاله طراحی و مدل می‌شود، مجاری آب دو طرف کانال محلول خشک‌کن قرار دارند. معادلات بقای جرم و انرژی برای حجم کنترل سه سیال استخراج شده و با روش تفاضل محدود به کمک زبان برنامه نویسی فرترن حل می‌شود. اثر دو هندسه، بر روی مصرف انرژی، بازدهی محسوس و نهان این مبدل‌ها بررسی می‌گردد. نتایج نشان دهنده افزایش بازده نهان تا 5% و بازده محسوس تا 25% برای نسبت جرمی 1 در مبدل سه-کانال نسبت به لوله-کانال می‌باشد. همچنین ضریب بهبود هندسی بزرگتر از 1 پیش بینی می گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Parametric Analysis of Energy Consumption, Sensible and Latent Performance of Two Three-Fluid Energy Exchangers: Tube- channel and Three- channel Designs

نویسنده [English]

  • samira payan
Department of mechanical engineering, University of Sistan and Baluchestan, Iran
چکیده [English]

This paper examines the feasibility of replacing a tube-channel heat exchanger with a three-channel heat exchanger in a real energy recovery system. The performance of both energy exchangers is then compared under dimensionless atmospheric conditions. In the three-fluid exchanger, a semi-permeable membrane separates the desiccant solution from the ventilation air. Moisture and heat transfer between the two fluids through this membrane, while water, as the third fluid, either absorbs excess heat or returns the lost heat to the desiccant solution. In the tube-channel heat exchanger, water flows through tubes inside the desiccant solution channel. However, in the three-channel heat exchanger, water channels are placed on both sides of the desiccant solution channel. Mass and energy conservation equations are derived and solved using the finite difference method in Fortran. The study investigates the effect of different water channel geometries on energy consumption and the efficiency of both sensible and latent heat in these energy exchangers. Results indicate that, for a mass ratio of 1, the three-channel heat exchanger shows up to 5% improvement in latent heat efficiency and 25% improvement in sensible heat efficiency compared to the tube-channel heat exchanger. Additionally, the geometric improvement coefficient is predicted to be greater than 1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Exchanger
  • Tube-Channel
  • Three-Channel
  • Energy Consumption
  • Ventilation System

مراجع

[1] S.-M. Huang, L.-Z. Zhang, K. Tang, L.-X. Pei, Fluid flow and heat mass transfer in membrane parallel-plates channels used for liquid desiccant air dehumidification, International journal of heat and mass transfer, 55(9-10) (2012) 2571-2580.
[2] D.G. Moghaddam, A. Oghabi, G. Ge, R.W. Besant, C.J. Simonson, Numerical model of a small-scale liquid-to-air membrane energy exchanger: Parametric study of membrane resistance and air side convective heat transfer coefficient, Applied Thermal Engineering, 61(2) (2013) 245-258.
[3] M.R.H. Abdel-Salam, R.W. Besant, C.J. Simonson, Design and testing of a novel 3-fluid liquid-to-air membrane energy exchanger (3-fluid LAMEE), International Journal of Heat and Mass Transfer, 92 (2016) 312-329.
[4] M.R.H. Abdel-Salam, R.W. Besant, C.J. Simonson, Performance testing of 2-fluid and 3-fluid liquid-to-air membrane energy exchangers for HVAC applications in cold–dry climates, International Journal of Heat and Mass Transfer, 106 (2017) 558-569.
[5] D. Storle, M.R.H. Abdel-Salam, C.J. Simonson, Energy performance comparison of a 3-fluid and 2-fluid liquid desiccant membrane air-conditioning systems in an office building, Energy, 176 (2019) 437-456.
[6] S.-M. Huang, M. Yang, B. Hu, S. Tao, F.G. Qin, W. Weng, W. Wang, J. Liu, Performance analysis of an internally-cooled plate membrane liquid desiccant dehumidifier (IMLDD): An analytical solution approach, International Journal of Heat and Mass Transfer, 119 (2018) 577-585.
[7] L. Xiao, M. Yang, W.-Z. Yuan, S.-M. Huang, Performance characteristics of a novel internally-cooled plate membrane liquid desiccant air dehumidification system, Applied Thermal Engineering, 172 (2020) 115193.
[8] S.-R. Yan, M.A. Fazilati, R. Boushehri, E. Mehryaar, D. Toghraie, Q. Nguyen, S. Rostami, Experimental analysis of a new generation of membrane liquid desiccant air-conditioning (LDAC) system with free convection of desiccant for energy economic management, Journal of Energy Storage, 29 (2020) 101448.
[9] X. Cheng, Y. Rong, X. Zhou, C. Gu, X. Zhi, L. Qiu, Y. Yuan, K. Wang, Performance analysis of a multistage internal circulation liquid desiccant dehumidifier, Applied Thermal Engineering, 172 (2020) 115163.
[10] W. Li, Y. Yao, Performance analysis of different flow types of internally-cooled membrane-based liquid desiccant dehumidifiers, Energy, 228 (2021) 120597.
[11] J. Zhou, X. Zhang, F. Xiao, Study on heat and mass transfer characteristics of internally-cooled hollow fiber membrane-based liquid desiccant dehumidifiers, Applied Thermal Engineering, 212 (2022) 118525.
[12] K. Kumar, A. Singh, P.K. Chaurasiya, K.K. Pathak, V. Pandey, Progressive development in hybrid liquid desiccant-vapour compression cooling system: A review, Sustainable Energy Technologies and Assessments, 55 (2023) 102960.
[13] P.R. Naveen, A. Kolakoti, A review of internal cooling strategies in liquid desiccant dehumidification and cooling systems, International Journal of Thermofluids, 22 (2024) 100688.
[14] R.K. Shah, A.L. London, Laminar flow forced convection in ducts: a source book for compact heat exchanger analytical data, Academic press, 2014.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 56، شماره 11
بهمن 1403
صفحه 1517-1536

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار