An experimental and numerical study on heat transfer enhancement for gas heat exchangers fitted with porous media

ABSTRACT

The present experimental and numerical work investigates the effect of metallic porous materials, inserted in a pipe, on the rate of heat transfer. The pipe is subjected to a constant and uniform heat flux. The effects of porosity, porous material diameter and thermal conductivity as well as Reynolds number on the heat transfer rate and pressure drop are investigated. The results are compared with the clear flow case where no porous material was used. The results obtained lead to the conclusion that higher heat transfer rates can be achieved using porous inserts at the expense of a reasonable pressure drop. Also, it is shown that for an accurate simulation of heat transfer when a porous insert is employed its effective thermal conductivity should be carefully evaluated.

INTRODUCTION

The employment of different types of porous materials in forced convection heat transfer has been extensively studied due to the wide range of potential engineering applications such as electronic cooling, drying processes, solid matrix heat exchangers, heat pipe, grain storage, enhanced recovery of petroleum reservoirs, etc. Al-Nimr and Alkam  numerically investigated the problem of transient forced convection flow in a concentric annuli partially filled with porous substrates located either on the inner or the outer cylinder. An increase of up to 12 times in the Nu number was reported in comparison with the clear annuli case and the superiority in thermal performance of the case when the  porous substrate was emplaced to the inner cylinder was outlined. Based on the results obtained, Alkam and Al-Nimr  further investigated the thermal performance of a conventional concentric tube heat exchanger by emplacing porous substrates on both sides of the inner  cylinder. Numerical results obtained showed that porous substrates of optimum thicknesses yield the maximum improvement in the heat exchanger performance with moderate increase in the pumping power.

چکیده

کار آزمایشی و عددی در حال بررسی اثر مواد متخلخل فلزی، وارد شده در لوله، بر میزان انتقال حرارت می باشد. لوله به شار گرما ثابت و یکنواخت منتقل می شود. اثرات تخلخل، قطر مواد متخلخل و هدایت حرارتی و همچنین تعداد رینولدز بر سرعت انتقال حرارت و افت فشار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج با جریان جریان روشن که در آن هیچ ماده متخلخل مورد استفاده قرار نگرفته است مقایسه شده است. نتایج به دست آمده منجر به نتیجه گیری می شود که نرخ انتقال حرارت بالاتر می تواند با استفاده از درج های متخلخل به هزینه یک افت فشار معقول حاصل شود. همچنین نشان داده شده است که برای شبیه سازی دقیق انتقال گرما هنگام استفاده از ورقه متخلخل، هدایت حرارتی مؤثر باید دقیقا ارزیابی شود.

مقدمه

اشتغال انواع مختلف مواد متخلخل در انتقال حرارت انتقال اجباری به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است به طوری که از طیف گسترده ای از برنامه های مهندسی بالقوه مانند یخچال الکترونیکی، فرآیند خشک کردن، مبدل حرارتی ماتریس جامد، لوله گرما، ذخیره سازی دانه، بهبود مخازن نفت ، و غیره Al Nimr و Alkam به صورت عددی مسئله جریان متناوب اجباری اجباری را در یک حلقه انبساطی که بخشی از سطوح متخلخل روی سیلندر داخلی یا بیرونی قرار گرفته است بررسی کرد. افزایش تعداد تا 12 برابر در تعداد نو در مقايسه با پرونده آشکار حلقوی گزارش شده و برتري در عملکرد حرارتی مورد که هنگام قرار دادن بستر متخلخل به سیلندر داخلی مشخص شد گزارش شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، آلکام و النمر، عملکرد حرارتی مبدل حرارتی لوله مرکزی معمولی را با قرار دادن زیربخشهای متخلخل در هر دو طرف سیلندر داخلی، بررسی کردند. نتایج عددی بدست آمده نشان داد که زیره های متخلخل ضخامت بهینه حداکثر بهبود عملکرد مبدل های حرارتی را با افزایش متوسط ​​قدرت پمپ می کنند.

Year: 2010

Publisher : ELSEVIER

By : J P Petropoulos , T R Cristiani , P B Dongmo and J M O Zide

File Information: English Language/ 14 Page / size: 673 KB

Download

سال : 1389

ناشر : ELSEVIER

کاری از : J P Petropoulos , T R Cristiani , P B Dongmo and J M O Zide

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 14 صفحه / حجم : KB 673

لینک دانلود