In the present study, the heat transfer performance of dimpled double-pipe heat exchangers for fuel cells that are utilized as cooling systems of fuel cells was studied. In addition, to comparatively analyze the heat transfer performance of dimpled double-pipe heat exchanger for fuel cells, plain double-pipe heat exchangers were also studied. Experimental results were derived on changes in the Reynolds numbers of the cooling water flowing in dimpled and plain double-pipe heat exchangers and changes in the heat flux of the air. Thereafter, to verify the reliability of the experimental results, the theoretical overall heat transfer coefficients and the experimental overall heat transfer coefficients were comparatively analyzed and the following results were derived. The heat transfer rate lost by the hot air and that of the heat transfer rate obtained by the cooling water were well balanced. The experiments of plain double-pipe heat exchangers and dimpled double-pipe heat exchangers were conducted under normal conditions and the theoretical overall heat transfer coefficient and the experimental overall heat transfer coefficient coincided well with each other. In both plain double-pipe heat exchangers and dimpled double-pipe heat exchangers, heat transfer rates increased as the cooling water flow velocity increased. Under the same experimental conditions, the heat transfer performance of dimpled double-pipe heat exchangers was shown to be higher by 1.2 times than that of plain double-pipe heat exchangers.
본 연구는 폐용제를 가열, 증발 및 음축과정을 거쳐 용제를 회수하는 시스템의 열교환기 해석에 관한 것으로, 고온 열매체유로 가열되는 이중관형 열교환기를 사용하여 용제 증발과정의 열전달 특성을 분석하고 용제유량과 가열온도에 따라 물, 벤젠 및 알칼벤젠의 증발을 위해 요구되는 전열면적을 분석하였다. 폐용제 회수장치는 용제 공급펌프 이중관형 열교환기, 진공 스프레이 챕버 및 응축기동으로 구성되며, 이중관형 열교환기는 용제액을 열적 포화온도를 가열시키는 구간과 포화된 용제액을 증발시키는 구간으로 구성된다. 관 내 용제의 증발을 위한 전열면적을 열평형 모델링에 의해 예측하였고, 이중관형 열교화기의 관 내 온도분포 측정을 통해 이론값과 비교 분석하였다. 용제유량 0.1~0.51l/mm 및 가열온도 130~$260^{\circ}C$의 범위에서 용제유향 증가 및 가열온도 감속에 따라 단위전열면적당 열전달양이 감소하기 때문에 용제 증발을 위한 전열면적은 증가하였다. 관 내 용제 증발을 위한 전열면적의 이론적 분석결과는 측정값과 일치하였으며, 이중관형 열교환기를 사용한 폐용제의 증발과정을 통해 용제를 회수하는 기술에 적용이 가능하다.
The present study was conducted on the improvement of the heat transfer performance of double pipe heat exchangers with helical insert device. Double pipe heat exchangers with helical insert device were studied for improvement of the heat transfer performance of double pipe heat exchangers with helical insert device and plain double pipe heat exchangers were also studied to comparatively analyze heat transfer performance. Experimental results were derived on changes in the Reynold's numbers of the cooling water flowing in helical and plain double pipe heat exchangers and changes in the heat flux of the air. Thereafter, to verify the reliability of the experimental results, the theoretical total energy and the experimental total energy were comparatively analyzed and the following results were derived. The thermal energy of the calorie lost by the hot air and that of the calorie obtained by the cooling water were well balanced. The experiments of plain double pipe heat exchangers and double pipe heat exchangers with helical insert device were conducted under normal conditions and the theoretical overall heat transfer coefficient value and the experimental overall heat transfer coefficient value coincided well with each other. In both plain double pipe heat exchangers and double pipe heat exchangers with helical insert device, heat transfer rates increased as the cooling water flow velocity increased. Under the same experimental conditions, the heat transfer performance of double pipe heat exchangers with helical insert device was shown to be higher by approximately 1.5 times than that of plain double pipe heat exchangers.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제3권2호
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pp.124-131
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2015
Computational fluid dynamics (CFD) has been employed for the Heat exchanger efficiency of a counter flow heat exchanger. The Heat exchanger efficiency has been assessed by considering the computed Nusselt number and flow friction characteristics in the double pipes heat exchanger equipped with two types twisted-tapes: (1) single clockwise direction and (2) alternate clockwise and counterclockwise direction. Cold and hot water are used as working fluids in shell and tube side, respectively. Hot and cold water inlet mass flow rates ranging are between 0.04 and 0.25 kg/s, and 0.166 kg/s, respectively. The inlet hot and cold water temperatures are 54 and $30^{\circ}C$, respectively. The results obtained from the tube with twisted-tapes insert are compared with plain tube. Nusselt number and friction factor obtained by CFD simulations were compared with correlations available in the literature. The numerical results were found in good agreement with the results reported in literature.
In this study, the overall heat transfer coefficients are calculated on fluidized bed double pipe heat exchanger and single phase double pipe heat exchanger at the same condition. The effect of the particle size, its material, fluidizing velocity and static bed height on overall heat transfer coefficient has been investigated. The main conclusions obtained from the experiment are as follows. 1. The overall heat transfer coefficient of the fluidized bed heat exchanger is higher than that of single phase forced convective heat exchanger (maximum 2.3 times) 2. The value of the overall heat transfer coefficient increase with an increase in static bed height and decrease with an increase in particle size. 3. For the same particle size, the particle of low density can obtain higher overall heat transfer coefficient than that of high density.
In this study, the heat transfer characteristics were numerically analyzed to investigate the possibility of utilizing cooling water using liquid nitrogen. From the study, as the mass flow rate of the hot fluid increased, the heat transfer rate increased by 8.9-81.7%. And lowering the inlet temperature of the hot fluid resulted in increase in the heat transfer rate by 33.8-71.5%. As for the filling level of liquid nitrogen, as higher filling level led to a decrease in the outlet temperature and an increase in the overall heat transfer coefficient.
The purpose of this study was to investigate an innovative hydroforming process for the cost-effective manufacturing of double layered tube with circumferentially corrugated patterns. Conventional double pipe heat exchanger has relatively poor heat transfer efficiency because of the limited contact area resulting from the concentrically arranged simple cylindrical structure. As a promising alternative to enhance heat transfer efficiency, double layered tube with corrugated internal pattern was considered in this study. To fabricate corrugated inner tube, innovative tube hydroforming system was developed. The customized loading paths were established using the simulated forming pressure and contracting stroke at various bar diameters. Experimentally obtained cross-sectional profiles were analyzed to evaluate the reliability and applicability of the hydroformed tube with various patterns. The results demonstrate that the proposed hydroforming process can be a feasible alternative for manufacturing high-performance double-tube heat exchangers.
Ku, Jae-Hyun;Cho, Hyun-Ho;Koo, Jeong-Hwan;Yoon, Suk-Goo;Lee, Jae-Keun
Journal of Mechanical Science and Technology
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제14권10호
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pp.1159-1167
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2000
Particles in liquid-solid suspension flow might enhance or suppress the rate of heat transfer and turbulence depending on their size and concentration. The heat transfer characteristics of liquid-solid suspension in turbulent flow are not well understood due to the complexibility of interaction between solid particles and turbulence of the carrier fluid. In this study, the heat transfer coefficients of liquid-solid mixtures are investigated using a double pipe heat exchanger with suspension flows in the inner pipe. Experiments are carried out using spherical fly ash particles with mass median diameter ranging from 4 to $78{\mu}m$. The volume concentration of solids in the slurry ranged from 0 to 50% and Reynolds number ranged from 4,000 to 11,000. The heat transfer coefficient of liquid-solid suspension to water flow is found to increase with decreasing particle diameter. The heat transfer coefficient increases with particle volume concentration exhibiting the highest heat transfer enhancement at the 3% solid volume concentration and then gradually decreases. A correlation for heat transfer to liquid-solid flows in a horizontal pipe is presented.
알루미나 입자(${\rho}_p=2298kg/m^2$)를 유동입자로 사용한 수직이중관식 유동층형 열교환기에서 입자직경($d_p$=0.41, 0.54, 0.65, 0.77mm) 및 초기충진높이($H_o$=50, 100, 150, 200, 250mm)가 전열성능에 미치는 영향을 소요동력의 관점에서 고찰하였다. 내관으로 핀이 달린 관을 사용하는 경우와 평활관을 사용하는 경우의 전열성능을 단상강제대류 열교환기와 비교 검토하였다. 소요동력에 따른 전열성능을 비교한 결과, 입자직경이 작을 수록, 초기충진높이가 높을 수록 전열효과가 증가하며, 실험범위에서 핀이 달린 관을 사용하는 경우가 평활관을 사용하는 경우보다 초기충진 높이에 따라 $2.96{\sim}3.45$배의 전열촉진효과가 있음을 알았다. 또 단상강제대류형 열교환기에 비해 유동층형 열교환기가 열전달효과가 우수한 영역이 존재하며, 평활관을 사용하는 경우에는 최대 91.3%, 핀이 달린 관을 사용하는 경우에는 최대 127.1% 의 전열촉진효과가 있었다.
In order to improve the performance of heat exchanger, fluidized bed is often employed. The experiments are carried out in fluidized double pipe parallel flow heat exchanger in which finned tube is vertically immersed. And the heat transfer coefficients between the heated tube and fluidized bed of alumina beads(dp=0.41, 0.54, 0.65, 0.77mm) are calculated as a function of air fluidized velocity and pumping power. The effects of particle size, static bed height and pumping power on the heat transfer coefficients are investigated. And the heat transfer coefficients are compared with that of single phase forced convection heat exchanger. In particular, the heat transfer performance of each type heat exchanger is evaluated in relation to the pumping power.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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