Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권4호
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pp.648-656
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2004
In this study, a highly efficient shell-and-tube heat exchanger with plate fins is considered to improve thermal performance of the conventional shell-and-tube heat exchanger. This type of shell-and-tube heat exchanger with plate fins of various shape is simulated three-dimensionally using a commercial thermal-fluid analysis code. CFX4.4. The effect of the shape of the plate fin on heat transfer characteristics is also investigated by the simulation. Plate fins of four different shapes. plane, plane-slit. wave. and wave-slit fins, are considered. The flow fields, pressure drop and heat transfer characteristics in the heat exchanger are calculated. It is proved that the shell-and-tube heat exchanger with plate fins is superior to the conventional shell-and-tube heat exchanger without plate fins in terms of heat transfer. The shape of the plate fin is important in the performance of a heat exchanger such as heat transfer and pressure drop.
Fin conduction not only enhances heat transfer to the ambient air but also increases tube-to-tube conduction. The latter is known to deteriorate the heat exchanger performance. Heat conduction between neighboring tubes thorough the fin is numerically investigated for accurate performance analysis of plate finned-tube heat exchangers. Governing equations for arbitrary plate fin are solved and the temperature distribution is obtained using the principle of superposition. Analysis is made using finite element method by changing the shapes of fin, the arrangements of tubes and the fin parameter mD. It is found that tube-to-tube conduction is significant when mD is small or the distance between neighboring tubes is small.
In present study, the flow field near the fin surface of plate fin - oval tube heat exchanger with delta wing vortex generator was numerically analyzed. As results, the well developed vortex behind delta wing was observed. These vortex can improve heat transfer fin surface behind delta wing vortex generators.
본 연구의 목적은 무착상 조건에서 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 형상변수에 따른 열전달특성을 고찰하고 평판 사각핀-튜브 열교환기와 열전달성능을 비교하는 것이다. 나선형 원형핀-튜브 열교환기는 Lfoot 길이 2.7 mm 에서 열전달계수가 최대로 나타났으며, 공기측 열전달계수는 튜브열수가 2 열에서 5 열로 증가하면서 평균 10% 감소하였고 핀피치가 5 mm 에서 10 mm 로 증가하면서 평균 17.5% 증가하였다. 모든 풍량조건에서 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 튜브피치 30 mm 가 35 mm 보다 열전달량이 평균 5.1% 높게 나타났고 튜브두께 0.5 mm 가 0.7 mm 보다 열전달량이 평균 4.1% 높게 나타났다. 나선형 원형핀-튜브 열교환기의 열전달계수가 평판 사각핀-튜브 열교환기에 비하여 평균 24.3% 정도 높게 나타났다.
본 연구에서는 구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀-관 열교환기에 대하여 핀 피치와 열수의 변화에 따른 공기측 전열성능을 검토하였다. 두 형상 모두 핀 피치가 열전달계수에 미치는 영향은 미미하였다. 마찰인자는 핀 피치가 증가하면 증가하였다. 열수가 미치는 영향은 형상에 따라 다르게 나타났다. 평판 핀-관 열교환기의 경우 열전달계수는 열수가 증가할수록 감소하였다. 하지만 나선형 핀-관 열교환기의 열전달 계수는 열수가 증가하면서 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 평판 핀-관 열교환기의 열전달계수는 나선형 핀-관 열교환기의 열전달계수보다 높게 나타났다. 하지만 열수가 증가하면 그 차이가 줄어들어 4열이 되면 거의 같았다. 한편 마찰인자는 평판 핀-관 열교환기에서 다소 높게 나타나고 열수의 영향은 크지 않았다. 본 실험 데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다.
Effectiveness of a 3-pass plate finned-tube heat exchanger is calculated using heat exchangelet method by changing the shape of fin and the arrangement of tubes. The alternative refrigerant R134a is taken in this study. Conduction between neighboring tubes along the fin is taken into account in addition to convection between the fin and the surrounding air. Governing equations are obtained by using energy balance in a small control volume containing a tube and fins. They are numerically solved following the tube. Effect of tube-to-tube conduction is investigated in single-phase and two-phase flows with various fin shapes and arrangements of tubes. Improvement of effectiveness by fin perforation is studied too. The results shows that perforating fins, increasing the number of tubes, and increasing the distance between neighboring tubes at the same fin area enhance the effectiveness.
A plate-fin-tube heat exchanger used for a $SF_{6}$ gas-insulated transformer is extremely important since the dissipation of the heat generated from inside coils has a significant effect on the performance as well as the durability of the transformer. The heat exchanger consists of corrugated plate fins and staggered array tube bundles for coolant. In order to find out heat transfer and pressure drop characteristics, series of numerical analyses for plate fins with enhanced surface geometries were conducted. Based on the results of the numerical analyses, an improved model of the plate fin has been proposed.
The plate fin and tube type of heat exchanger is widely used in air conditioner, and the heat exchanger is assembled by the mechanical expansion of copper tubes and fastening the aluminum fin. The objective of the present study is to investigate how the mechanical expansion of copper tube affects on the heat transfer performance of a plate fin and tube type heat exchanger. This study has been performed by experimental and numerical methods. The numerical and experimental results show that the tube expansion ratio has a influence on the heat transfer performance. Within the tested expansion ratio, the contact pressure shows the peak value and it decreases as the expansion ratio increases. Air-side heat transfer coefficient increases until the expansion ratio reaches 1.23, and then decreases with the similar pattern to the contact pressure. Also, contact heat transfer coefficient shows the maximum when the contact pressure is highest as well as the air-side heat transfer coefficient.
An experimental study has been performed to investigate the heat transfer characteristics of fin and tube heat exchanger. The existing transient and steady methods are very difficult to apply for the measurements of heat transfer coefficients of a thin heat transfer model. In this study the lumped capacitance method was adopted. The heat transfer coefficients were measured by using the lumped capacitance method based on the liquid crystal thermography. The method is validated through impinging jet and flat plate flow experiments. The two experiments showed that the results of the lumped capacitance method with polycarbonate model showed very good agreements with those of the transient method with acryl model. The lumped capacitance method showed similar results regardless of the thickness of polycarbonate model. The method was also applied for the heat transfer coefficient measurements of a fin and tube heat exchanger. The quantitative heat transfer coefficients of the plate fin were successfully obtained. As the frontal velocity increased, the heat transfer coefficients were increased, but the color-band shape showed similar patterns regardless of frontal velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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