The present experimental study investigates the impact of porous fins on the pressure drop and heat transfer characteristics in plate-fin heat exchangers. Systematic experiments have been carried out in a simplified model of a plate-porous fin heat exchanger at a controlled test environment. Comparison of performance between the porous fins and the conventional louvered fins has been made. The experimental results indicate that friction and heat transfer rate are significantly affected by permeability as well as porosity of the porous fin. The porous fins used in the present study show a similar air-side performance to the louvered fin. The correlations of friction and modified j-factor are also given for the design of the plate-porous fin heat exchanger.
The power consumption and heat generation in a chip increase as the components are miniaturized and the computing speed becomes faster. Therefore, suitable heat dissipation has become one of the primary limiting factors to ensure the guaranteed performance and reliable operation of the electronic devices. A pin-fin array which may be considered as a porous medium could be used as an alterative cooling system of the electronic equipment. The aim of the present study is to investigate the forced-convective heat transfer characteristics of pin-fin heat exchangers. Convective heat transfer through the pin~fin array is analyzed experimentally based on porous medium approach. The influence of the structure of the pin-fin array including the pin-fin spacing, the pin diameter and plate length on heat transfer characteristic is investigated and compared with the Previous analytical results and existing correlation equations. Nowadays, electronic and mechanical devices become smaller and smaller. In this sense, the main purpose of this study is to decide the optimum pin-fin arrangement to get similar heat transfer performance when the length of the existing cooling system is reduced as a half.
Recent trends in the electronic equipment indicate that the power consumption and heat generation in a chip increase as the components are miniaturized and the computing speed becomes faster. Suitable heat dissipation is required to ensure the guaranteed performance and reliable operation of the electronic devices. The aim of the present study is to investigate the forced-convective thermal-hydraulic characteristics of a pin-fin heat exchanger as a candidate for cooling system of the electronic devices. The influence of the structure of the pin-fin assembly on heat transfer is investigated by porous medium model. The results are compared with the experimental data or correlations of several researchers for the heat transfer coefficients for the channel flow with pin-fin arrays. Finally, the effects of design parameters such as the pin-fin diameter and the spacing are examined.
In this study, the numerical process for analyzing the automotive louver fin heat exchanger was developed with a 3D microscopic and semi-microscopic analysis. In the microscopic analysis, the simulation with the detailed meshes was performed for obtaining the characteristics of the heat exchanger. From this simulation, the numerical correlations of the heat transfer and flow friction were obtained. In the semi-microscopic analysis, the Semi-microscopic Heat Exchanger (SHE) method, which is characterized by a conjugate heat transfer and porous media analysis was used with the numerical correlation from the microscopic analysis. This analysis predicted the flow and heat transfer characteristics of the louver fin heat exchanger in the wind tunnel and vehicle. In the design of the louver fin heat exchanger, this numerical process can predict the performance and characteristic of the louver fin heat exchanger.
Since the heat generation in a chip increases as the components are miniaturized and the computing speed becomes faster, suitable heat dissipation has become one of the primary limiting factors to ensure the reliable operation of the electronic devices. A pin-fin array could be used as an alterative cooling system of the electronic equipment. In this study, convective heat transfer through the pin-fin array is analyzed experimentally based on porous medium approach. The influence of the structure of the pin-fin array including the pin-fin spacing, the pin diameter and plate length on heat transfer characteristics is investigated and compared with the previous analytical results and existing correlation equations. Nowadays, electronic and mechanical devices become smaller and smaller. In this sense, the main purpose of this study is to decide the optimum pin-fin arrangement to get similar heat transfer performance when the length of the existing cooling system is reduced as a half.
The flow and the heat transfer about the cross-flow fin-tube heat exchanger in an out-door unit of a heat pump system has been numerically Investigated. Using the general purpose analysis code, FLUENT, the Navier-Stokes equations and the energy equation are solved for the three dimensional computation domain that encompasses multiple rows of the fin-tube. The temperature on the fin and tube surface is assumed constant but compensated later through the fin efficiency when predicting the heat-transfer rate. The contact resistance is also taken into consideration. The flow and temperature fields for a wide range of inlet velocity and fin-tube arrangements are examined and the results are presented in the paper. The details of the flow are very well captured and the heat transfer rate for a range of inlet velocity is in excellent agreement with the measured data. The flow solution provides the effective permeability and the inertial resistance factor of the heat exchanger if the exchanger were to be approximated by the porous medium. This information is essential in carrying out the global flow field calculation which, in turn, provides the inlet velocity lot the microscopic temperature-field calculation of the heat exchanger unit.
The high-speed bypass effect on the heat exchanger performance has been investigated numerically. The plate-fin type heat exchanger was modeled using two-dimensional porous approximation for the fin region. Governing equations of mass, momentum, and energy equations for compressible turbulent flow were solved using ideal-gas assumption for the air flow. Various bypass-channel height were considered for Mach numbers ranging 0.25-0.65. Due to the existence of the fin in the bypass channel, the main flow tends to turn into the core region of the channel, which results in the distorted velocity profile downstream of the fin region. The boundary layer thickness, displacement thickness, and the momentum thickness showed the variation of mass flow through the fin region. The mass flow variation along the fin region was also shown for various bypass heights and Mach numbers. The volumetric entropy generation was used to assess the loss mechanism inside the bypass duct and the fin region. Finally, the correlations of the friction factor and the Colburn j-factor are summarized.
A numerical analysis of a compressor dehumidifier has been conducted focusing on the air side heat transfer, which is a part of a series research on the dehumidifier. The moving reference frame was applied to the fan modeling, and the porous model was used for the evaporator and condenser modeling. Curve fitting obtained the inertial and viscous resistances parameters to the results of the physical model of the unit cell with actual shape of a fin tube. The porous model was validated within a reasonable computation time for the range of practical inlet velocity of a dehumidifier. A parametric study has been conducted for fin number, fan speed (i.e., air flow rate), and evaporator/condenser tube arrangement. ANOVA analysis showed the dependency of each parameter on the velocity and temperature uniformity, which are desirable for high performance of the dehumidifier.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권2호
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pp.224-231
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2011
핀-휜 구조물이 삽입된 채널은 열전달이 향상되는 것으로 알려져 있다. 복잡한 핀-휜 구조물은 다공성 매체로 모사할 수 있을 만큼 매우 불규칙적인 유동을 보여준다. 본 연구는 수치해석을 통하여 핀-휜 구조물이 삽입된 채널의 열전달과 압력강하의 특성을 분석하였다. 유효유동공간비가 높고 직경이 큰 경우 실험데이터를 잘 예측 하였지만, 유효유동공간비가 낮은 경우 비교적 오차가 큰 편이었다. 유효유동 공간비가 낮을수록 유동교란이 강해져서 열전달이 증가하지만 압력강하도 증가하여 팬의 동력이 증가하기 때문에 최적점을 찾아서 설계하여야 한다. 본 연구에서는 전면유속이 5m/s 일 때, D25 모델에서는 유효유동공간비가 0.5인 지점에서, D05 모델에서는 0.9에서 압력강하가 급격하게 늘어나기 때문에 이보다 더 작은 유효유동공간비에서의 작동은 바람직하지 않다.
A study on frost prevention of fin-tube heat exchanger is experimently performed by spreading antifreezing solution on heat exchanger surface. It is desirable that the antifreezing solution spreads completely on the surface forming thin liquid film to prevent frost nucleation and crystal growth and to reduce the thermal resistance across the liquid film. A small amount of antifreezing solution falls in drops on heat exchanger surface using two types of supplying devices, and a porous layer coating technique is adopted to enhance the wettedness of antifreezing solution on the surface. It is observed that the antifreezing solution liquid film prevents fin-tube heat exchanger from frosting, and heat transfer performance does not degrade through the frosting tests. The concentration of supplied antifreezing solution can be determined by heat transfer analysis of the first row of heat exchanger to avoid antifreezing solution freezing due to dilution by moisture absorption.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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