Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις
Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι διατάξεις που έχουν ως σκοπό την μεταφορά θερμότητας από ή προς ένα σύστημα και είναι από τις πιο συχνά απαντώμενες στις τεχνικές κατασκευές. Ως εκ τούτου, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον και είναι διαρκής η έρευνα για την βελτιστοποίησης της απόδοσής τους που έχει σαν αποτέ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23504 |
| id |
nemertes-10889-23504 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μετάδοση θερμότητας Εναλλάκτες θερμότητας Εσωτερικές ελικώσεις Σχεδιασμός εναλλάκτη Αριθμός nusselt Πτώση πίεσης Heat transfer Heat exchangers Micro-fin tubes Heat exchanger design Nusselt number Pressure drop |
| spellingShingle |
Μετάδοση θερμότητας Εναλλάκτες θερμότητας Εσωτερικές ελικώσεις Σχεδιασμός εναλλάκτη Αριθμός nusselt Πτώση πίεσης Heat transfer Heat exchangers Micro-fin tubes Heat exchanger design Nusselt number Pressure drop Μάρας, Αναστάσιος Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| description |
Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι διατάξεις που έχουν ως σκοπό την μεταφορά θερμότητας από ή προς ένα σύστημα και είναι από τις πιο συχνά απαντώμενες στις τεχνικές κατασκευές. Ως εκ τούτου, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον και είναι διαρκής η έρευνα για την βελτιστοποίησης της απόδοσής τους που έχει σαν αποτέλεσμα μεταξύ άλλων την μείωση του κόστους κατασκευής, λειτουργίας και του μεγέθους των εγκαταστάσεων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την διερεύνηση της ενίσχυσης του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στους θερμικούς εναλλάκτες και παρουσιάζονται μεθοδολογίες που ενισχύουν τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας ενώ στην συνέχεια η εργασία εστιάζει στους θερμικούς εναλλάκτες κελύφους-σωλήνα που χρησιμοποιούν εσωτερικούς αγωγούς με εσωτερικές ελικώσεις ώστε να ενισχύσουν τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας, τεχνολογία η οποία δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα βάση προηγούμενων ερευνών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και ο σχεδιασμός μια πειραματικής διάταξης εναλλάκτη κελύφους-σωλήνα με χρήση εσωτερικού σωλήνα με ελικώσεις και η σύγκριση της απόδοσης με αντίστοιχο λείο σωλήνα. Μελετήθηκαν διατάξεις που περιλάμβαναν εσωτερικούς σωλήνες με ελικώσεις που έχουν διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά ( ύψος ελίκωσης e, γωνία ελίκωσης α, αριθμός ελικώσεων Ns) ώστε να διερευνηθεί η επίδρασή τους στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και η επιπλέον πτώση πίεσης που προκαλείται. Στην συνέχεια ακολούθησε ο σχεδιασμός των εναλλακτών κελύφους-σωλήνα για νερό ως ρευστό λειτουργίας σε αντιπαράλληλη ροή με την δυνατότητα ρύθμισης των αρχικών συνθηκών του πειράματος σε ένα εύρος τιμών ( Αριθμός Reynolds 14000-33000 , παροχές 0,055 kg/s – 0,107 kg/s με θερμοκρασία του θερμού ρευστού από 40-60˚ C. Ο σχεδιασμός της διάταξης περιλαμβάνει το σύστημα μέτρησης με μια σειρά οργάνων (θερμοζεύγη, παροχόμετρα, διαφορικά μανόμετρα κλπ) για την συλλογή των απαραίτητων πειραματικών αποτελεσμάτων. Επιπλέον, έγινε θεωρητική μελέτη για τις διατάξεις με βάση υπολογιστικά μοντέλα για τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και την πτώση πίεσης. Ακολούθως, κατασκευάστηκαν οι πειραματικές διατάξεις και έγιναν τα πειράματα στο εύρος των συνθηκών που αναφέραμε παραπάνω και εξάχθηκαν τα ζητούμενα αποτελέσματα. Με βάση τα διαγράμματα που προκύπτουν συμπεραίνουμε πως ο αριθμός Nusselt στον εναλλάκτη με εσωτερικές ελικώσεις είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερος ενώ η πτώση πίεσης είναι 1,5 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τον εναλλάκτη με τους λείους σωλήνες και η απόδοσή του είναι υψηλότερη της απόδοσης του λείου εναλλάκτη σε όλο το εύρος των πειραματικών μετρήσεων. Τέλος, γίνονται προτάσεις για επέκταση και βελτιστοποίηση της έρευνας. |
| author2 |
Maras, Anastasios |
| author_facet |
Maras, Anastasios Μάρας, Αναστάσιος |
| author |
Μάρας, Αναστάσιος |
| author_sort |
Μάρας, Αναστάσιος |
| title |
Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| title_short |
Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| title_full |
Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| title_fullStr |
Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| title_full_unstemmed |
Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| title_sort |
διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23504 |
| work_keys_str_mv |
AT marasanastasios diereunēsēenischysēstēsmetaphorasthermotētasmechrēsēsōlēnōseōnmeesōterikeselikōseis AT marasanastasios heattransferenhancementinvestigationusinginternalhelicalfinnedtubes |
| _version_ |
1771297277176971264 |
| spelling |
nemertes-10889-235042022-10-25T03:36:15Z Διερεύνηση ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις Heat transfer enhancement investigation using internal helical finned tubes Μάρας, Αναστάσιος Maras, Anastasios Μετάδοση θερμότητας Εναλλάκτες θερμότητας Εσωτερικές ελικώσεις Σχεδιασμός εναλλάκτη Αριθμός nusselt Πτώση πίεσης Heat transfer Heat exchangers Micro-fin tubes Heat exchanger design Nusselt number Pressure drop Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι διατάξεις που έχουν ως σκοπό την μεταφορά θερμότητας από ή προς ένα σύστημα και είναι από τις πιο συχνά απαντώμενες στις τεχνικές κατασκευές. Ως εκ τούτου, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον και είναι διαρκής η έρευνα για την βελτιστοποίησης της απόδοσής τους που έχει σαν αποτέλεσμα μεταξύ άλλων την μείωση του κόστους κατασκευής, λειτουργίας και του μεγέθους των εγκαταστάσεων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την διερεύνηση της ενίσχυσης του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στους θερμικούς εναλλάκτες και παρουσιάζονται μεθοδολογίες που ενισχύουν τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας ενώ στην συνέχεια η εργασία εστιάζει στους θερμικούς εναλλάκτες κελύφους-σωλήνα που χρησιμοποιούν εσωτερικούς αγωγούς με εσωτερικές ελικώσεις ώστε να ενισχύσουν τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας, τεχνολογία η οποία δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα βάση προηγούμενων ερευνών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και ο σχεδιασμός μια πειραματικής διάταξης εναλλάκτη κελύφους-σωλήνα με χρήση εσωτερικού σωλήνα με ελικώσεις και η σύγκριση της απόδοσης με αντίστοιχο λείο σωλήνα. Μελετήθηκαν διατάξεις που περιλάμβαναν εσωτερικούς σωλήνες με ελικώσεις που έχουν διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά ( ύψος ελίκωσης e, γωνία ελίκωσης α, αριθμός ελικώσεων Ns) ώστε να διερευνηθεί η επίδρασή τους στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και η επιπλέον πτώση πίεσης που προκαλείται. Στην συνέχεια ακολούθησε ο σχεδιασμός των εναλλακτών κελύφους-σωλήνα για νερό ως ρευστό λειτουργίας σε αντιπαράλληλη ροή με την δυνατότητα ρύθμισης των αρχικών συνθηκών του πειράματος σε ένα εύρος τιμών ( Αριθμός Reynolds 14000-33000 , παροχές 0,055 kg/s – 0,107 kg/s με θερμοκρασία του θερμού ρευστού από 40-60˚ C. Ο σχεδιασμός της διάταξης περιλαμβάνει το σύστημα μέτρησης με μια σειρά οργάνων (θερμοζεύγη, παροχόμετρα, διαφορικά μανόμετρα κλπ) για την συλλογή των απαραίτητων πειραματικών αποτελεσμάτων. Επιπλέον, έγινε θεωρητική μελέτη για τις διατάξεις με βάση υπολογιστικά μοντέλα για τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και την πτώση πίεσης. Ακολούθως, κατασκευάστηκαν οι πειραματικές διατάξεις και έγιναν τα πειράματα στο εύρος των συνθηκών που αναφέραμε παραπάνω και εξάχθηκαν τα ζητούμενα αποτελέσματα. Με βάση τα διαγράμματα που προκύπτουν συμπεραίνουμε πως ο αριθμός Nusselt στον εναλλάκτη με εσωτερικές ελικώσεις είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερος ενώ η πτώση πίεσης είναι 1,5 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τον εναλλάκτη με τους λείους σωλήνες και η απόδοσή του είναι υψηλότερη της απόδοσης του λείου εναλλάκτη σε όλο το εύρος των πειραματικών μετρήσεων. Τέλος, γίνονται προτάσεις για επέκταση και βελτιστοποίηση της έρευνας. Heat exchangers are devices designed to transfer heat to or from a system and are among the most encountered in technical structures. Therefore, there is great interest and there is constant research to optimize their performance which results, among other things, in reducing the cost of construction, operation and the size of the facilities. This diploma thesis deals with the investigation of the enhancement of the heat transfer rate using micro-fin tubes. Initially, an introduction is made to thermal exchangers and methodologies that enhance the heat transfer coefficient are presented, while then the paper focuses on shell-tube thermal exchangers that use internal pipes with internal coils to enhance the heat transfer rate, technology which gives satisfactory results based on previous research. The aim of the diploma thesis was to study and design an experimental arrangement of shell-tube exchanger using an inner tube with micro-fins and to compare the performance with a corresponding smooth tube. Devices that included inner tubes with coils that have different geometric characteristics (helix height e, angle of helix a, number of fins Ns) were studied in order to investigate their effect on the transfer coefficient heat and the extra pressure drop caused. This was followed by the design of the shell-tube exchangers with water as a working fluid in antiparallel flow with the ability to adjust the initial conditions of the experiment in a wide range of values (Reynolds number 15000-33000, flows 0.055 kg/s –0.107 kg/s with temperature of the hot fluid from 40-60 °C. The design of the device includes the measurement system with a series of instruments (thermocouples, flow meters, differential manometers, etc.) to collect the necessary experimental results. In addition, a theoretical study was made of the devices based on computational models for the heat transfer coefficient and pressure drop. Subsequently, the experimental devices were constructed and the experiments were carried out in the range of conditions mentioned above and the requested results were extracted. Based on the resulting diagrams, we conclude that the number of Nusselt in the alternator with internal coils is about two times greater while the pressure drop is 1.5 times greater compared to the exchanger with smooth tubes and its performance is higher than the efficiency of smooth alternator in the entire range of experimental measurements. Finally, proposals are made for expanding and optimizing research. 2022-10-24T10:06:18Z 2022-10-24T10:06:18Z 2022-10-19 https://hdl.handle.net/10889/23504 el application/pdf |
