Heat transfer through fins of complex geometry

• Autorzy: Taler D. , Taler J. , Wojtas M.

Warianty tytułu

PL

Wymiana ciepła przez żebra o złożonych kształtach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Various methods for steady-state and transient analysis of temperature distribution and efficiency of continuous-plate fins are presented. For a constant heat transfer coefficient over the fin surface, the plate fin can be divided into imaginary rectangular or hexangular fins. At first approximate methods for determining the steady-state fin efficiency like the method of equivalent circular fin and the sector method are discussed. When the fin geometry is complex, then the transient temperature distribution and fin efficiency can be determined using numerical methods. A numerical method for transient analysis of fins with complex geometry is developed. Transient temperature distributions in continuous fins attached to oval tubes is computed using the Finite Volume – Finite Element Method (FVM-FEM). The developed method can be used in the transient analysis of compact heat exchangers to calculate correctly the heat flow rate transferred from the finned tubes to the fluid.

PL

Przedstawiono różne metody wyznaczania ustalonego i nieustalonego rozkładu temperatury oraz sprawności żeber płytowych. Przyjmując stały współczynnik wnikania ciepła, żebra płytowe mogą być podzielone na prostokątne lub sześciokątne żebra umowne. Najpierw omówione zostały przybliżone metody wyznaczania sprawności żeber w warunkach ustalonych, takie jak metoda żebra okrągłego o równoważnym promieniu oraz metoda sektorowa. Gdy kształt żebra jest złożony wówczas rozkład temperatury i sprawność żebra w warunkach nieustalonych mogą zostać wyznaczone za pomocą metod numerycznych. Przedstawiono metodę numeryczną do analizy nieustalonej wymiany ciepła w żebrach o złożonych kształtach. Nieustalony rozkład temperatury w żebrach ciągłych osadzonych na rurach owalnych wyznaczono za pomocą metody stanowiącej kombinację metody objętości skończonej z metodą elementów skończonych (MOS-MES). Opracowana metoda może być zastosowana do modelowania nieustalonej pracy kompaktowych wymienników ciepła aby prawidłowo wyznaczyć strumień ciepła przekazywany od rur ożebrowanych do płynu.

Słowa kluczowe

EN

plate fin; fin of complex form; fin efficiency; circular fin of equivalent radius; sector method

PL

żebra płytowe; żebro o złożonym kształcie; sprawność żebra; żebro okrągłe o równoważnym promieniu; metoda sektorowa

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 1
• Strony: 112--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Taler D.

• Cracow University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, ul. Warszawska 24, 31-155 Cracow, Poland.

autor

Taler J.

• Cracow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Cracow, Poland

autor

Wojtas M.

• ELSTA Electronics Ltd., Wieliczka, Poland

Bibliografia

• [1] Acharya S., Baliga B., Karki K., Murthy J. Y., Prakash C., and Vanka S.P.: Pressure-based finite-volume methods in computational fluid dynamics, ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 129(2007), pp. 407-424.
• [2] ASHRAE Handbook, Fundamentals Volume, American Society of Heating, Refrigerating and Air- -Conditioning Engineers, Inc. Atlanta, GA. 1997.
• [3] Brandt F.: Wärmeűbertragung in Dampferzeugern und Wärmeaustauschern, FDBR Fachverband Dampfkessel, Behälter- und Rohrleitungsbau E.V., Vulkan Verlag, Essen, 1985.
• [4] Carrier W. H., Anderson S. W.: The resistance of heat flow through finned tubing, Heating , Piping, and Air Conditioning, May 1944.
• [5] IMSL Math/Library. International Mathematical and Scientific Library. Visual Numerics. Houston, Texas, USA 1994.
• [6] Kraus A. D., Aziz A., Welty J.: Extended Surface Heat Transfer, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ 2001.
• [7] McQuiston F. C., Parker J. D. , Spitler J. D.: Heating, Ventilating, and Air Conditioning. Analysis and Design, Sixth Edition, John Wiley and Sons, Hoboken NJ 2005.
• [8] Press W. H., Teukolsky S. A., Vetterling W. T., Flannery B. P.: Numerical Recipies in Fortran 77, Sec. Ed. Cambridge University Press 1996.
• [9] Rup K., Taler J.: Wärmeübergang an Rippenrohren und Membranheizflächen, Brennstoff-Wärme-Kraft, Vol. 41 (1989), Nr 3, pp. 90-95.
• [10] Shah R. K., Bell J. K.: Heat Exchangers, Chapter 4.5, pp. 118-164 in The CRC Handbook of Mechanical Engineering. Editor-in-Chief: Frank Kreith, CRC Press, Boca Raton 1997.
• [11] Shah R. K., Sekulić D. P.: Fundamentals of Heat Exchanger Design, John Wiley and Sons, Hoboken NJ 2003.
• [12] Schmidt Th. E.: Heat transfer calculations for extended surfaces. Refig. Eng., Apr. 1949, pp. 351-357.
• [13] Schmidt Th. E.: Die Wärmeleistung von berippten Oberflächen, Abh. Deutsch. Kältetechn. Verein. Nr. 4, C.F. Műller, Karlsruhe 1950.
• [14] Taler D.: Theoretical and Experimental Analysis of Heat Exchangers with Extended Surfaces, Volume 25, Monograph 3, Polish Academy of Sciences, Cracow Branch, Commission of Motorization, Cracow 2002.
• [15] Taler D.: Dynamics of Tube Heat Exchangers, Monograph 193, Cracow, UWND Publishing House, AGH, 2009 (in Polish).
• [16] Taler D.: Direct and Inverse Heat Transfer Problems in Dynamics of Plate Fin and Tube Heat Exchangers, Chapter 3 in the book Heat Transfer, Mathematical Modelling, Numerical Methods and Information Technology, Edited by Aziz Belmiloudi, InTech, Rijeka 2011, pp. 77-100, free online edition:www.intechopen.com.
• [17] Taler D., Cebula A.: Modeling of flow and thermal processes in compact heat exchangers, Chemical and Process Engineering, Vol. 25 (2004), pp. 2331-2342 (in Polish).
• [18] Taler D., Cebula A.: A new method for determination of thermal contact resistance of a fin-to-tube attachment in plate fin-and-tube heat exchangers, Chemical and Process Engineering, Vol. 31 (2010), pp. 839-855.
• [19] Taler D., Korzeń A.: Modeling of Heat Transfer in Plate Fins of Complex Shape, Rynek Energii 2011, No. 6 (97) (2011), pp. 61-65 (in Polish).
• [20] Taler D., Korzeń A., Madejski P.: Determining tube temperature in platen superheater tubes in CFB boilers, Rynek Energii No. 2 (93) (2011), pp. 56-60.
• [21] Taler J., Duda P.: Solving Direct and Inverse Heat Conduction Problems, Berlin, Springer 2006.
• [22] Taler J., Przybyliński P.: Heat transfer by round fins of variable conduction and non-uniform heat transfer coefficient, Chemical and Process Engineering, Vol. 3 (1982), No 3–4, pp. 659–676.
• [23] Taler J., Taler D., Sobota T., Cebula A.: Theoretical and Experimental Study of Flow and Heat Transfer in a Tube Bank, Chapter 1 in the book: Advances in Engineering Research. Volume 1, Editor: Victoria M. Petrova, Nova Science Publisher, Inc., New York 2012, pp. 1-56.
• [24] Web R. L.: Principles of Enhanced Heat Transfer, New York, Wiley & Sons1994.
• [25] Zabronsky H.: Temperature distribution and efficiency of a heat exchanger using square fins on round tubes, ASME Transactions, Journal of Applied Mechanics, Vol. 22 (1955), December , p. 119.