SUMMARY In this study, the heat transfer performance and friction characteristics of a novel concentric tube heat exchanger with different pitches of helical turbulators were investigated experimentally and numerically for a Reynolds number range from 3000 to 14 000. An experimental system was established to obtain experimental data. The numerical simulations were performed by using a three dimensional numerical computation technique, a commercial CFD computer code. Then, the heat transfer performance and friction characteristics of several helical turbulators were compared. The experimental, numerical and empirical correlation results were in a good agreement with each others. As a result, the heat transfer enhancements using turbulators were 2.91, 2.41, 2.18 and 1.99 times better than the smooth tube for pitch distances of p = 20, 40, 60 and 80 mm, respectively. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

No abstract

No abstract

Bu çalışmada; düz plakalı borulu ısı değiştiricisi için, kanatçıklar arasındaki mesafenin ısı transferi ve basınç düşüsüne etkisi incelenmiştir. Sayısal analizlerde; yanmış gazın arasından geçtiği iki yarım kanatçık ve borudan oluşan bir model seçilmiştir. Yanmış gazın oluşturduğu basınç düşüşü, sıcaklık ve hız dağılımı değerleri bulunarak, modeldeki kanatçıklar arasındaki mesafenin (Lz) değişiminin ısı transferine etkisi incelenmiştir. Model üzerinde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri FLUENT paket yazılımı, modelin çizim ve ağ yapısının oluşturulması GAMBİT paket yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalarda, korunum denklemlerinin 3 boyutlu kararlı rejimdeki, laminer akış şartları dikkate alınmıştır. Modellerde taşınım ve iletimin olduğu bileşik ısı transferi çözümü yapılmıştır. Hesaplara göre, ısı transferinin Lz = 2,75-3 mm arasındaki değerlerde maksimum olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Oluşturulan sistem model için ortalama Nusselt (Nu) sayısına ait, Reynolds (Re) ve Prandtl (Pr) sayılarına bağlı korelasyon eşitlikleri elde edilmiştir. Basınç düşüşünden dolayı gerekli olan ilave enerji miktarı, kazanılan ısı transferi miktarına göre çok az değerde kaldığı tespit edilmiştir.

In this study, a concentric tube heat exchanger with coiled wire turbulators were analysised numerically by a CFD code namely ANSYS FLUENT using RNG k-ε Turbulent Model in order to be reduced heat exchanger sizes and increased heat transfer enhancement. Figure A. The changing of numerical Nu number according to Re numberPurpose: In this study, it is aimed to compare numerical models with an experimental system previously study in literature by using passive method one of heat transfer enhancement of a concentric tube heat exchanger with coiled wire turbulators. Theory and Methods:The analyses were done in a range of Reynolds (Re) number from 3000 to 18000. The numerical simulations were done by using a CFD code namely ANSYS FLUENT, using finite volume method. In numerical analysis, three main turbulence models of RNG k-ε were employed in the simulations such as Model ➀ (RNG-Standard wall function), Model ➁ (RNG-Non-Equilibrium wall function) and Model ➂ (RNG-Enhanced wall treatment). Results:The numerical analyses carried out to compare with the experimental results in order to determine the best fitting model using each three main turbulence models of RNG k-ε model, Model ➀ has given the best fitting result. Conclusion:When turbulence models are compared with experimental results; Model ➀ has given more fitting result than Model ➁. Model ➂ is far from experimental results compared to other solutions. No k-ε model is not fitting with the data obtained from the experiment results in the Re Number range of 3000 ≤ Re ≤ 7000. When close to Re number value of 7000, the Nu number values obtained by Model ➂ have been far from experimental results.