쉐브론형 핀이 적용된 다중 플레이트 구조 내부 대 향류 유동 열전달 수치해석

Abstract

쉐브론형열 교환기 ( 는 소형화와 높은 열효율 때문에 일상 용도에 널리 사용되고 있다 예 : 전기 자동차 , 에어컨 , 모양 및 비행기 ). 본 연구에서는 마찰계수, 누셀트 수 및 품질지수계수 (J/ 에 따르면 CPHE 를 수정하여 보다 효율적인 CPHE 를 개발할 수 있으며 , 따라서 동일한 열량을 적용했을 때 사이즈가 감소된 열교환기로 이어질 수 있다 . 본 연구에서는 다중 플레이트 구성으로 CPHE s 의 역류 열전달 현상을 시뮬레이션 하기 위해 전산 모델링을 개발하였다. 첫째 , 대칭 60°/60° 쉐브론 각도 수정판은 수직 및 대각선 흐름 모두에 접근할 수 있는 다중 중간 개스킷으로 구조화된다 . 그런 다음 , 안정 상태에서 단상 카운터 흐름의 대류 열 및 질량 전달 현상을 시뮬레이션하기 위해 실현 가능한 k 엡실론 모델을 적용한다 . 3 개의 수정된 판의 해당 속도 및 온도 분포가 시각화된다 . 또한 마찰 계수 , 누 셀트 수 및 J/F 계수를 포함한 질량 전달및 열전달 특성을 계산하여 기본 플레이트 모델과 비교한다 . 수치 결과는 가 장 잘 수정된 CPHE 의 열 전달 효율 가 기본 CPHE 의 열 전달 효율 보다 높다는 것을 보여준다 . 또한 동일한 질량 유량 에서 가장 잘 수정된 CPHE 의 Nusselt 수와 J/F 계수는 각각 기본 CPHE 의 1.53 배와 1.7 배이다 . 현재 모델은 모든 흐름 배치 예 : U 형 , Z 형및 병렬 흐름 배치 에 사용할 수 있다|Chevron plate heat exchangers (CPHEs) have become widely used in daily applications because of their compactness and high thermal efficiencies (e.g., electric vehicles, air conditioners, shapes, and airplanes). In this study, according to friction factor, Nusselt number, and quality index factor (J/F), CPHEs can be modified to develop more efficient CPHEs as well, leading to a more compact heat exchanger with reduced size when the same heat duty is applied. In this study, computational modeling is developed to simulate the convective heat transfer phenomena of counter flow in CPHEs with multiple plate configurations. First, symmetric 60°/60° chevron angle modified plates are structured with multiple mid-gaskets, which are accessible for both vertical and diagonal flow. Then, a Realizable k-epsilon model is applied to simulate the convective heat and mass transfer phenomena of a single-phase counter flow under steady-state. The corresponding velocity and temperature distributions in three modified plates are visualized. Additionally, mass and heat transport characteristics including friction factor, Nusselt number, and J/F factor are computed and compared with the basic plate model. The numerical results show that the heat transfer rate in the best modified CPHE is higher than that in the basic one. Furthermore, at the same mass flow rate, the Nusselt number and the J/F factor of the best-modified CPHE are respectively up to 1.53 and 1.7 times those of the basic CPHE. The present model can be employed in any flow arrangement (e.g., U-type, Z-type, and parallel flow arrangement).