Liquid hydrogen (LH2) has a higher density than gaseous hydrogen, so it has high transport efficiency and can be stored at relatively low pressure. In order to use efficient bulk hydrogen in the industry, research for the LH2 supply system is needed. In the high-pressure hydrogen station based on LH2 currently being developed in Korea, a heat exchanger is used to heat up supercritical hydrogen at 700 bar and 60 K, which is pressurized by a cryogenic high-pressure pump, to gas hydrogen at 700 bar and 300 K. Accordingly, the heat exchanger used in the hydrogen station should consider the design of high-pressure tubes, miniaturization, and freezing prevention. A helical heat exchanger generates secondary flow due to the curvature characteristics of a curved tube and can be miniaturized compared to a straight one on the same heat transfer length. This paper evaluates the heat transfer performance through parametric study on the distance between coils, guide effect, and anti-icing design of helical heat exchanger. The helical heat exchanger has better heat transfer performance than the straight tube exchanger due to the influence of the secondary flow. When the distance between the coils is uniform, the heat transfer is enhanced. The guide between coils increases the heat transfer performance by increasing the heat transfer length of the shell side fluid. The freezing is observed around the inlet of distribution tube wall, and to solve this problem, an anti-icing structure and a modified operating condition are suggested.
In a conventional shell-and-tube heat exchanger, fluid contacts with tubes flowing up and down in a shell, therefore there is a defect in the heat transfer with tubes due to the stagnation portions . Fins are attached to the tubes in order to increase heat transfer efficiency, but there exists a limit. Therefore, it is necessary to improve heat exchanger performance by changing the fluid flow in the shell. In this study, a highly efficient shell-and-tube heat exchanger with spiral baffle plates is simulated three-dimensionally using a commercial thermal-fluid analysis code, CFX4.2. In this type of heat exchanger, fluid contacts with tubes flowing rotationally in the shell. It could improve heat exchanger performance considerably because stagnation portions in the shell could be removed. It is proved that the shell-and-tube heat exchanger with spiral baffle plates is superior to the conventional heat exchanger in terms of heat transfer.
This research focused on the multi-pass heat exchanger using the minichannel possessing the spring fin. An air-water was used as working fluid. The characteristics of liquid single phase heat transfer were verified. The compact heat exchanger (heat transfer area density : ${\beta}=2,146 m^2/m^3$), based on the shape of header(Top combining header), 63 minichannels ($D_i$ : 1.4 mm, L : 0.25 m) and the air side adopting the copper wire spring fin, was fabricated. The heat transfer area density of the air side was improved up to 161% when compared with the conventional fin-tube heat exchanger that adopts the heat transfer tube with the inner diameter of 5 mm. With regard to heat transfer performance, heat transfer rate per unit volume increased up to 142% when compared with the fin-tube heat exchanger adopting the heat transfer tube with the inner diameter of 5 mm.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.8
no.6
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pp.1337-1342
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2007
An experimental study has been performed to investigate the performance and heat transfer characteristics of the heat exchanger for simultaneous cooling/heating heat pump. The heat transfer performance was measured using an air-enthalpy calorimeter and a constant temperature water bath, to obtain the performance evaluation and analysis of a fined tube heat exchanger. Six finned tube heat exchangers with louver fin were tested under a heating condition. Air-side heat transfer and friction were presented in terms of j-factor and f-factor. The heat transfer coefficient increased with decreasing the fin pitch, j-factor and f-factor on the fin pitch and the number of tube rows decreased with increasing Reair.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.26
no.6
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pp.1352-1357
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2014
In the present study, the heat transfer performance on the heat recovery ventilator with rotary disk were experimentally investigated. The temperature of entrance and exit of the heat recovery ventilator, air flow distribution of high temperature air and low temperature air, heat flux and the overall heat transfer coefficients are estimated from the experimental results. As the number of revolution of rotary disk, the air flow distribution increase, heat flux and overall heat transfer coefficients increase.
This study aims at numerically analyzing on heat transfer the characteristics and pressure drop of plate heat exchanger(PHE) using the Phoenics 3.1 VR Editor for the standard k-$\varepsilon$ model. Computations have been carried out for a range of chevron angle from $30^{\circ}$ to $60^{\circ}$, inlet velocity from 0.03m/s to 0.63m/s and the height of corrugation from 0.0045m to 0.0060m. The results show that both of heat transfer performance and pressure drop increase as chevron angle increases. This is because higher troughs produce higher turbulence and a higher heat transfer coefficient in the liquids flowing between the plates. As inlet velocity from 0.03m/s to 0.63m/s increases, heat transfer performance and pressure drop increase parabolically. As the height of corrugation increases, both of heat transfer performance and pressure drop decrease with the decrease of velocity. And the pressure drop decreases and the friction factor increases as the height of corrugation increases.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.27-37
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2019
The shell and tube heat exchangers installed in the propulsion system test complex (PSTC) at the Naro Space Center heats cryogenic helium to 500 K with a heat transfer oil. As the experimental helium outlet temperature was lower than expected (less than 100 K), the boundary layer effect of the heat transfer oil is predicted to be the cause of the performance deterioration. A computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed to verify where the boundary layer effect exists; however, the boundary layer effect has no significant impact on the performance of the heat exchanger. An alternative method to improve the performance of the heat exchanger by changing the heat transfer oil has been discussed in this paper. The low viscosity and high thermal conductivity at high temperature (~500 K) of heat transfer oil at the shell-side are required to improve the thermal performance of the heat exchanger. The experimental performance of the heat exchanger, used to exchange heat between the cryogenic helium and hot heat transfer oil at the PSTC are summarized in this paper.
An experimental study was conducted to investigate the effects of air-side fouling and cleaning on the performances of various condenser coils used in unitary air-conditioning systems. A total of six condenser coils with different fin geometry and row number were tested. Performance tests were performed at three different conditions: clean-as-received, after fouling, and after cleaning. In all cases, it was observed that the fouling was mostly confined to the frontal face of the heat exchanger as reported in the previous investigations. The amount of deposited dust was more dependent on fin geometry for the single-row heat exchangers than for the double-row heat exchangers. The predominant effect of fouling was to cause a more significant increase in air-side pressure drop than a degradation in heat transfer performance. For the single-row heat exchangers, the pressure drop increased by 28 to 31%, while the heat transfer performance decreased by 7 to 12% at the standard air face velocity of 1.53 m/s depending on fin shape. For the double-row heat exchangers, the pressure drop increased by 22 to 37%, and heat transfer performance decreased by only 4-5% at the same air face velocity. Once the contaminated coils were cleaned according to the given cleaning procedure the original performance of the heat exchangers could almost be recovered completely. The pressure drop could be restored within 1 to 7% and the heat transfer performance could be recovered to within 1 to 5% of the originally clean heat exchangers. Therefore, it is concluded that a periodic application of the specified cleaning technique will be effective in maintaining the thermal performance of the condenser coils.
The present study numerically investigated the effect of the geometry of the flattened tube on the thermal performance of a high temperature generator (HTG) of a double effect LiBr-water absorption system. The heat transfer tubes of the HTG were arranged behind a metal fiber burner. The heat transfer of the tubes of HTG were consisted with a set of circular and flattened tubes in series. FLUENT, as a commercial code, was applied for estimating the thermal performance of the HTG. Key parameters were the tube arrangement in the HTG. Temperature and velocity profiles in the HTG were calculated to estimate the thermal performance of the HTG. The heat transfer rate of a HTG tube was increased, and the gas temperature around the flattened tube was decreased as the pitch ratio was increased. The heat transfer rate for the circular tube bundle with the pitch ratio of 2.48 were larger by 10% respectively than that of 2.10 and the heat transfer rate for the flattened tube bundle with the pitch ratio of 1.88 were larger by 36% respectively than that of 1.63.
A periodic CFD approach for the performance analysis of compact high temperature heat exchangers is introduced and applied to selected benchmark problems, which are a fully developed 2D laminar heat transfer, a conjugate heat transfer between parallel plates which have exact solutions, and a heat transfer in a real high temperature heat exchanger module. The results for the 2D laminar heat transfer and the 2D conjugate heat transfer showed a very good agreement with the exact solutions. For the high temperature heat exchanger module, the pressure drops were predicted well but some difference was observed in the temperature parameters when compared to the full channel CFD analysis due to assumptions introduced into the periodic approach. Considering its assumptions and simplicities, however, the results showed that the periodic approach provides physically reasonable results and it is sufficient to predict the performance of a heat exchanger within an engineering margin and with much less CPU time than the case of a full channel analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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