Numerical analysis has been carried out to investigate air-side convective heat transfer characteristics in compact heat exchangers with continuous plate fins. Simulation results such as air flow and temperature distributions are presented, and heat transfer characteristics are compared for various inlet conditions. Results from various turbulence models are also compared for applicability. There is large difference between the local heat transfer coefficient distributions along the cylinder wall for circular tubes. Colburn j factors from the calculated results of circular and flat tubes in the heat exchangers are compared for various Reynolds number. The predicted results in this study can be applied to the optimal design of air conditioning system. with compact heat exchanger.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제12권3호
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pp.113-122
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2004
In case of heat exchangers operating under frosting condition, the thermal resistance and the air-side pressure loss increase with a growth of frost layer. In this paper, a transient characteristic prediction model of the heat transfer for a multi-inverter heat pump with frosting on its surface was presented by taking into account the change of the fin efficiency due to the growth of the frost layer. This dynamic simulation program was developed for a basic air conditioning system composed of an evaporator, a condenser, a compressor, a linear electronic expansion valve, and a bypass circuit. The theoretical model was derived from measured heat transfer and mass transfer coefficients. We also considered that the heat transfer performance was only affected by the decrease of wind flow area. The calculated results were compared with the experimental results for frosting conditions.
Since a typical plate heat exchanger is made up of a huge number of unitary cells, it may be impossible to predict the aero-thermal performance of the full scale heat exchanger through three-dimensional numerical simulation due to the enormous amount of computing resources and time required. In the present study, a simple flow-network model using the friction factor correlation and a thermal-network model based on the effectiveness-number of transfer units (${\varepsilon}$-NTU) method has been developed. The complicated flow pattern inside the cross-corrugated heat exchanger has been modeled into flow and thermal networks. Using this model, the heat transfer between neighboring streams can be considered, and the pressure drop and the heat transfer rate of full-scale heat exchanger matrix are calculated. In the calculation, the aero-thermal performance of each unitary cell of the heat exchanger matrix was evaluated using correlations of the Fanning friction factor f and the Nusselt number Nu, which were calculated by unitary-cell CFD model.
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.
Thermalhydraulic reactor simulation of tomorrow will require a new generation of codes combining at least three scales, the CFD scale in open medium, the component scale and the system scale. DNS will be used as a support for modelling more macroscopic models. NEPTUNE is such a new generation multi-scale platform developed jointly by CEA-DEN and EDF-R&D and also supported by IRSN and FRAMATOME-ANP. The major steps towards the next generation lie in new physical models and improved numerical methods. This paper presents the advances obtained so far in physical modelling for each scale. Macroscopic models of system and component scales include multi-field modelling, transport of interfacial area, and turbulence modelling. Two-phase CFD or CMFD was first applied to boiling bubbly flow for departure from nucleate boiling investigations and to stratified flow for pressurised thermal shock investigations. The main challenges of the project are presented, some selected results are shown for each scale, and the perspectives for future are also drawn. Direct Numerical Simulation tools with Interface Tracking Techniques are also developed for even smaller scale investigations leading to a better understanding of basic physical processes and allowing the development of closure relations for macroscopic and CFD models.
A numerical study was made of heat transfer in locally-forced turbulent separated and reattaching flow over a backward-facing step. The local forcing was given to the flow by means of sinusoidally oscillating jet from a separation line. A Rhee and Sung version of the unsteady $\kappa$-$\varepsilon$-f(sub)u model and the diffusivity tensor heat transfer model were employed. The Reynolds number was fixed at Re(sub)H=33,000 and the forcing frequency was varied in the range 0$\leq$fH/U(sub)$\infty$$\leq$2. The condition of constant heat flux was imposed at the bottom wall. The predicted results were compared and validated with the experimental data of Chun and Sung and Vogel and Eaton. The enhancement of heat transfer in turbulent separated and reattaching flow by local forcing was evaluated and analyzed.
A finned tube type heat transfer module has been proposed for a multi-burner water tube boiler. Fins change their geometry along the streamwise direction to maximize the performance, which makes it difficult to apply conventional bulk analysis. The design program has been improved by updating data for every row of tubes along the flow. A numerical simulation has been also performed to evaluate the effect of inlet conditions and validated with experiment. The heat transfer of the first row has been underpredicted by the conventional Zhukauskas correlation, where the acceleration of the flow due to the blockage is not fully inflected. The fin tip temperature is also underpredicted by Bessel solution, because of the interaction with neighboring fins.
In order to examine the possibility of using a cavity as a passive device for reduction of skin friction and heat transfer, an intensive parametric study over a broad range of the cavity depth and length at different Reynolds numbers is performed for both laminar and turbulent boundary layers in the present study. Direct and large eddy simulation techniques are used for turbulent boundary layers at low and moderate Reynolds numbers, respectively. for both laminar and turbulent boundary layers over a cavity, a flow oscillation occurs due to the shear layer instability when the cavity depth and length are sufficiently large and it plays an important role in the determination of drag and heat-transfer increase or decrease. For a cavity sufficiently small to suppress the flow oscillation, both the total drag and heat transfer are reduced. Therefore, the applicability of a cavity as a passive device for reduction of drag and heat transfer is fully confirmed in the present study. Scaling based on the wall shear rate of the incoming boundary layer is also proposed and it is found to be valid in steady flow over a cavity.
Application of aluminum alloy has been increasing for most of industry area because aluminum has a good mechanical properties and castability, especially automotive field for weight reduction. But, Furnace industry is sluggish. The purpose of this study is numerical analysis of aluminum holding furnace for reasonableness estimation when we design for new model of furnace. The numerical simulation involving fluid flow of inside air and heat transfer to fireproof material is presented in order to improve the understanding of aluminum furnace. First of all, we are carried out numerically for the two dimensional inside convection and surface radiation heat transfer in a square enclosure. Subsequently, we are established the analysis method of aluminum furnace considering natural convective heat transfer
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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