التقييم التجريبي والعددي للأداء الهيدروليكي الحراري للمبادل الحراري ذي الدائرة المطبوعة

الباحث

علي محمد كاظم مهدي

المشرف

عامر مجيد الدباغ - فلاح فاخر حاتم

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Printed circuit heat exchanger;Thermal hydraulic performance;Heat transfer;CFD

تم اجراء دراسة عملية ونظرية من اجل تقييم الاداء الحراري والهيدروليكي للمبادل الحراري ذو الدائرة المطبوعة بالتركيز على تغيير شكل الجريان. ايضا تضمنت هذه الدراسة التحقيق في عمليات تصنيع ومتانة المبادل الحراري. حيث تم تصنيع فرن خاص لاتمام عملية اللحام الانتشاري لتصنيع نموذج مصغر من المبادل الحراري وفحص خواص اللحام الميكانيكية. bac اشكال لقنوات Gl yall قد تم استخدامها وهي (مجاري مستقيمة مع عوائق مثلثة ومستطيلة, مجاري متعرجة, مجاري بشكل دالة جيبية, مجاري حلزونية, مجاري متقاربة متباعدة, مجاري بزعائف غير مستمرة (زعانف بشكل معين, زعانف بشكل محدب وكذلك زعانف بشكل جناح طائرة)). عدة عوامل هندسية تم تغييرها لكل شكل من اشكال المجاري مثل طول الخطوة الطولي والجانبي وزاوية التعرج وزاوية الفتحة وارتفاع العائق وغيرها). حيث تم اختبار هذه المجاري عند ظروف الجريان الطباقي برقم رينولد (Vee Yo) وعند ظرف التسخين المنتظم للجدار. تم استخدام الهواء كوسيط جريان. تم اخذ ابعاد المجاري لتلائم ابعاد المجاري الموجودة في هذا المبادلات الحرارية, حيث كان ارتفاع المجرى ١ ملم وعرضه بحدود V ملم وطوله 26٠ ملم. حيث تم اختبار هذه المجاري نظريا باستخدام طريقة الحجوم المحددة المضمنة في برنامج .Ansys Fluent وقد تم اعتماد ثلائة عوامل محددة للتقييم الحراري والهيدروليكي وهي (رقم نسلت, معامل الاحتكاك و معامل التحسين الكلي) اظهرت النتائج النظرية ان رقم نسلت وكذلك معامل الاحتكاك يزداد بنقصان طول الخطوة وبازدياد ارتفاع العائق لكلا انواع العائق المثلثة والمستطيلة. وكان اكبر مقدار للزيادة عند ارتفاع ٠,5 ملم وبطول خطوة ٠١ ملم للعائق المثلث بقيمة TA) )9%( 5 )94140( في رقم نسلت ومعامل الاحتكاك على التوالي مقارنة مع المجرى المستقيم, مع اعلى قيمة لمعامل التحسين الكلي وهي )١,57( عند رقم رينولد Neve اما بالنسبة للمجاري المتعرجة فكان رقم نسلت ومعامل الاحتاك يزداد بزيادة زاوية التعرج وبنقصان طول الخطوة. اقصى زيادة في قيمة رقم نسلت والتي صاحبها اعلى زيادة في قيمة معامل الاحتكاك كانت(٠5١90) و(548١90) على التوالي عند زاوية تعرج (T+) وطول خطوة (ale ٠١( بينما اعلى معامل تحسين كلي كان عند زاوية Vs وطول خطوة (ale V+) بقيمة )١,174( المجاري ذات شكل الدالة الجيبية اعطى اداء عالي, حيث كانت الزيادة في رقم نسلت تصل الى (90778) مع زيادة في معامل الاحتكاك تصل الى )90١75( عند طول خطوة (p=40 mm) اما معامل التحسين الكلي يصل الى قيمة 5,55؟. اما المجاري الحلزونية قد اعطى اداء عالي ولكنه اقل من اداء المجاري ذات شكل الدالة الجيبية بقيمة معامل تحسين GAS تصل الى (١54,؟) المجاري المتقاربة-المتباعدة اظهرت نتائج جدا جيدة.حيث يزداد رقم نسلت ومعامل الاحتكاك مع زيادة الزاوية C-D ومع تناقص طول الخطوة، حتى يصلان إلى قيمة معينة والتي عندها ينعكس فيها سلوك Nu و aif الحصول على الحد الأقصى من التحسين باستخدام 3mm = م و 7.5 = مع 2.57 = Nu مرة للقناة المستقيمة و 1.78 f= مرة من القناة المستقيمة. كان معامل التحسين العام الذي تم الحصول عليه مع هذه الحالة يصل إلى 2.13 = 1. تتمتع القنوات ذات Calle jl غير المستمرة بأداء أفضل تقريبًا من القنوات الأخرى. حيث يُظهر رقم نسلت زيادة مع زيادة طول الخطوة المستعرض (pt) والطولي (pl) عند عدد رينولدز المنخفض. بينما في عدد رينولدز المرتفع يتناقص رقم نسلت daly jy ]م و pl وكان معامل التحسين العام الأعلى مع زعانف ذات شكل clin الطائرة NACA0020 عند 3 = pt ملم و 20 = pl مم بقيمة 2.75 = |1 عند Re = 2000 اما الجانب العملي فكان لاختبار ثلاثة انواع من هذه المجاري (المتعرجة والمتقاربة-المتباعدة وايضا ذات الزعانف المعينية) اضافة الى المجاري المستقيمة عند نفس الظروف. وقد اظهرت النتائج العملية ان افضل مجرى هو المجرى ذات الزعانف المعينية بتحسين حراري مقداره .)7,7-١,57( واسوء مجرى هو المجرى المتقارب-المتباعد بقيمة تحسن بالاداء )١,7-0,87( عند مدى رقم رينولد .)23٠٠١-7٠١( وقد اظهرت المقارنة بين الجانب النظري والجانب العلمي تطابق بالسلوك وتقارب بالقيم لكل من رقم نست ومعامل الاحتكاك. وان اقصى اختلاف بالقيم وجد بحدود 17%.

The printed circuit heat exchanger's thermal and hydraulic performance was evaluated numerically and experimentally in this study by modifying the flow channel's configuration. Also, this study included an investigation of the manufacturing processes and durability of the heat exchanger such as the welding technique and the flow channels milling techniques. Several forms of flow channels have been used (straight with triangular and rectangular obstructions, zigzag, sinusoidal, spiral, convergent-divergent, discontinuous finned (diamond, biconvex, and airfoil NACA0020)) channels. Several geometrical parameters have been optimized for each form of these channels, such as the pitch length, zigzag angle, opening angle, obstruction height, etc.). These channels were tested under the conditions of laminar flow with Reynolds number (200-2000) and under the condition of uniform wall heat flux with air as the working fluid. The channels dimensions were taken as 1mm for channel height, around 2 mm width, and 500 mm for its length. These channels have been tested numerically using the finite volume method included in the Ansys Fluent software. Three specific parameters have been adopted for the thermal and hydraulic evaluation which are (Nusslt number, friction factor and overall performance criterion). The numerical results showed that the Nusselt number, as well as the friction factor, increases with the decrease in the pitch length and with the increase in the obstacle height for both triangular and rectangular obstacle types. The largest increase at a height of 0.5 mm and a pitch length of 10 mm for the triangular obstacle was with a value of (138%) and (195%) in the Nusselt number and friction factor, respectively, compared to the straight channel, with a highest value of the overall performance coefficient of (1.66) at Reynolds number 2000 . As for the zigzag channel, the Nusselt number and the friction factor increased with increasing zigzag angle and decreasing pitch length. The maximum increase in the value of Nusselt number was (140%) at a zigzag angle of (30) and pitch length of (20 mm). While the highest overall improvement coefficient was at an angle of 20 and a pitch length (20 mm) with a value of (1.78). Sinusoidal channels gave a high performance, as the enhancement in Nusselt number reached (228%) with an increase in the friction factor up to (135%) at the pitch length of (p=40 mm), with overall performance reaching a value of 2.46. while the spiral channels gave a lower performance than that of the sinusoidal channels Convergent-divergent channels showed good results. The Nusselt number and the friction factor increase with increasing C-D angle and with decreasing pitch length, until they reach a certain value at which the behavior of Nu and f is reversed. The maximum enhancement was obtained using p = 3mm and α = 7.5 with Nu = 2.57 times for the straight channel and f = 1.78 times the straight channel. The overall performance obtained with this case was up to η = 2.13. Discontinuous finned channels have almost better performance than other channels. The highest overall enhancement factor was with NACA0020 fins at pt = 3 mm and pl = 20 mm with obtained value of η = 2.75 at Re = 2000. As for the experimental part, it was to test three types of these channels (zigzag, convergent-divergent, and also diamond finned) channels in addition to straight channels under the same conditions. The experimental results showed that the best channel is the diamond finned channel with a thermal-hydraulic improvement of (1.66-2.3). The worst course is the convergent-divergent channel with a performance improvement value (0.82-1.7) over the Reynolds number range Re=200-2000 The comparison between the numerical and the experimental work showed the same trend for each of the Nusselt number and the friction factor. The maximum difference in values was found to be around 17%.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب