مقایسه عملکرد حرارتی کویل مارپیچ با لوله مستقیم گذرنده از مخزن استوانه‌ای شکل در حالت گذرا، مطالعه آزمایشگاهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

مطالعه انتقال حرارت گذرای سیال درون یک مخزن استوانه‌ای شکل که توسط جریان در لوله گذرانده شده از آن خنک می‌شود، در محدوده عدد رینولدز500 تا 5500 به شیوه آزمایشگاهی مورد توجه قرار گرفته است. لوله گذرانده شده از مخزن به دو صورت کویل مارپیچ و لوله مستقیم مورد استفاده قرار گرفته است. سیال داخل مخزن، آب با دمای اولیه 70 درجه سانتی‌گراد است که توسط آب به‌عنوان سیال گذرنده از لوله مرکزی با دمای ثابت ورودی 27 درجه سانتی‌گراد خنک می‌شود. پس از اندازه گیری دمای ورودی و خروجی لوله مرکزی و دمای مخزن در هر ثانیه، عدد ناسلت و رایلی متناظر محاسبه و همزمان افت فشار در لوله نیز اندازه‌گیری می‌شود. با تکرار آزمایش، نتایج بدست آمده بوسیله روابط آماری در بازه اطمینان نمایش داده می‌شوند. برای صحت سنجی نتایج بدست آمده، از نتایج دیگر تحقیقات انجام شده در این زمینه استفاده شده است. نتایج نشان دهنده کاهش 42 درصدی دمای مخزن با استفاده از لوله مارپیچ در مقایسه با لوله مستقیم هستند. اثرات همزمان انتقال حرارت و افت فشار نیز به عنوان یکی از پارامترهای مهم در بررسی نتایج مورد توجه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparing Between Thermal Performance of Coiled Tube and Straight Tube Inserted in a Cylindrical Reservoir in the Transient Convection Heat Transfer; Experimental Study

نویسندگان [English]

  • M. Nazari
  • N. Babazadeh Baie
  • M.M. Shahmardan
Department of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

The main purpose of this study is to experimentally investigate transient convective heat transfer from a fluid stored inside a closed reservoir. Different cooling methods using helical and straight tubes are considered for heat transfer from the fluid reservoir. This paper attempts to determine the thermal advantages of helically coiled versus a straight tube. Fluid stored in the reservoir is cooled by water flow in the tube section at 27oC inlet temperature. The pressure drop and heat transfer parameters are measured over a wide range of Reynolds numbers (covers 500 to 5500). In these experiments, the effects of a couple of different parameters such as Reynolds number, time and geometrical parameters have been studied. Both heat transfer and pressure drop fluid flow in two test sections have been also
reported and discussed. The experimental data indicate that using of helical coil instead of straight tube leads to increase heat transfer sharply. The coiled tube results show 42% reduction in of reservoir temperature compared to straight tube.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Convection heat transfer
  • Transient Flow
  • Helical Tube
  • Straight Tube

مراجع

[1] L. Janssen, C. Hoogendoorn, Laminar convective heat transfer in helical coiled tubes, International Journal of Heat and Mass Transfer, 21(9) (1978) 1197-1206.
[2] F. Kozo, A. Yoshiyuki, Laminar heat transfer in a helically coiled tube, International Journal of Heat and Mass Transfer, 31(2) (1988) 387-396.
[3] M. Abdalla, A four-region, moving-boundary model of a once-through, helical-coil steam generator, Annals of Nuclear Energy, 21(9) (1994) 541-562.
[4] M. Nazari, M. Karami, M. Ashouri, Comparing the thermal performance of water, Ethylene Glycol, Alumina and CNT nanofluids in CPU cooling: Experimental study,Experimental Thermal and Fluid Science, 57 (2014) 371-377.
[5] J. Jayakumar, S. Mahajani, J. Mandal, P. Vijayan, R. Bhoi,Experimental and CFD estimation of heat transfer in helically coiled heat exchangers, Chemical engineering research and design, 86(3) (2008) 221-232.
[6] M.E. Ali, Experimental investigation of natural convection from vertical helical coiled tubes, International journal of heat and mass transfer, 37(4) (1994) 665-671.
[7] D. Prabhanjan, G. Raghavan, T. Rennie, Comparison of heat transfer rates between a straight tube heat exchanger and a helically coiled heat exchanger, International Communications in Heat and Mass Transfer, 29(2)(2002) 185-191.
[8] E. Neshat, S. Hossainpour, F. Bahiraee, Experimental and numerical study on unsteady natural convection heat transfer in helically coiled tube heat exchangers, Heat and Mass Transfer, 50(6) (2014) 877-885.
[9] M.E. Ali, Free convection heat transfer from the outer surface of vertically oriented helical coils in glycerolwater solution, Heat and mass transfer, 40(8) (2004)615-620.
[10] D.G. Prabhanjan, T.J. Rennie, G. Vijaya Raghavan, Natural convection heat transfer from helical coiled tubes, International Journal of Thermal Sciences, 43(4)(2004) 359-365.
[11] R. Xin, M. Ebadian, Natural convection heat transfer from helicoidal pipes, Journal of thermophysics and heat transfer, 10(2) (1996) 297-302.
[12] R.J. Moffat, Describing the uncertainties in experimental results, Experimental thermal and fluid science, 1(1)(1988) 3-17.
[13] M. Nazari, M. Ashouri, m.H. Kayhani, Experimental Investigation of Forced Convection of Nanofluids in a Horizontal Tube Filled with Porous medium, Modares Mechanical Engineering, 14(7) (2014) 109-116.
[14] A.N. Dravid, K. Smith, E. Merrill, P. Brian, Effect of secondary fluid motion on laminar flow heat transfer in helically coiled tubes, AIChE Journal, 17(5) (1971)1114-1122.
[15] M. Salimpour, Heat transfer coefficients of shell and coiled tube heat exchangers, Experimental thermal and fluid science, 33(2) (2009) 203-207.
[16] M. Nazari, M. Ashouri, M.H. Kayhani, A. Tamayol, Experimental study of convective heat transfer of a nanofluid through a pipe filled with metal foam, International Journal of Thermal Sciences, 88(0) (2015)33-39.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 3
آبان 1396
صفحه 557-566

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار