W tym projekcie zaproponowano dwie metody numeryczne dla wymienników ciepła przepływu poprzecznego złożonego systemu przepływu, które umożliwiają obliczenie rozkładu temperatury dwóch płynów i rozkładu ciśnienia po stronie pary.

Metoda I:

• Dzieli wymiennik ciepła na objętości kontrolne.
• Używa formuł analitycznych do określania temperatur płynów w tych objętościach.
• Pozwala na ocenę temperatury w dowolnym punkcie wewnątrz skończonej objętości.
• Wymaga mniejszej liczby skończonych objętości ze względu na dostępność dokładnych wyrażeń analitycznych.
• Zaleta: Zapewnia szczegółowy rozkład temperatury wewnątrz objętości.

Metoda II:

• Upraszcza obliczenia za pomocą prostych formuł.
• Krótszy czas obliczeń, odpowiedni dla złożonych systemów.
• Oblicza temperatury tylko na wylotach objętości kontrolnych.
• Nie określa rozkładu temperatury w obrębie jednej skończonej objętości.
• Zaleta: Efektywna dla dużych lub złożonych systemów.

Zastosowania:

Obie metody mogą być stosowane do różnych projektów wymienników ciepła przepływu poprzecznego, takich jak żebrowane wymienniki ciepła, powietrzne wymienniki ciepła i przegrzewacze w kotłach parowych.

Dodatkowe ustalenia:

• Opracowano korelacje liczby Nusselta po stronie powietrza dla różnych rzędów rur przy użyciu modelowania CFD.
• Trzy metody określania średniej liczby Nusselta:
  • Stała temperatura dla żeber i rur.
  • Stała temperatura rury, zmienna temperatura żeber.
  • Znana temperatura medium i współczynnik wymiany ciepła wewnątrz rury.
• Model numeryczny dokładnie przewiduje zachowanie wymiany ciepła, potwierdzone danymi eksperymentalnymi wykazującymi znaczne różnice w współczynnikach wymiany ciepła po stronie powietrza dla różnych rzędów rur.

Zapewnia to dokładne przewidywania i wiarygodne przedstawienie procesu wymiany ciepła.

This project proposes two numerical methods for tube cross-flow heat exchangers with complex flow systems to calculate fluid temperature distributions and pressure distribution on the steam side.

Method I:

• Divides the heat exchanger into control volumes.
• Uses analytical formulas to determine fluid temperatures within these volumes.
• Allows temperature evaluation at any point inside a finite volume.
• Requires fewer finite volumes due to exact analytical expressions.
• Advantage: Provides detailed temperature distribution within the volume.

Method II:

• Simplifies calculations using straightforward formulas.
• Faster computation time, suitable for complex systems.
• Calculates temperatures only at the outlets of control volumes.
• Does not determine temperature distribution within a single finite volume.
• Advantage: Efficient for large-scale or complex systems.

Applications:

Both methods are applicable to various cross-flow heat exchanger designs, such as finned tube heat exchangers, air-cooled heat exchangers, and steam boiler superheaters.

Additional Findings:

• Developed air-side Nusselt number correlations for different tube rows using CFD modeling.
• Three methods to determine the mean Nusselt number:
  • Constant temperature for fin and tube.
  • Constant tube temperature, variable fin temperature.
  • Known medium temperature and heat transfer coefficient inside the tube.
• The numerical model accurately predicts heat transfer behavior, validated by experimental data showing significant variations in air-side heat transfer coefficients across tube rows.

This ensures accurate predictions and a reliable representation of the heat transfer process.