Zastosowanie metody minimalizacji generacji entropii do optymalizacji geometrycznej wymiennika typu rura w rurze

Laskowski, R.; Tomczak, P.; Jaworski, M.

doi:10.15199/8.2015.10-11.1

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie metody minimalizacji generacji entropii do optymalizacji geometrycznej wymiennika typu rura w rurze

Autorzy

Laskowski R. , Tomczak P. , Jaworski M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/8.2015.10-11.1

Warianty tytułu

The application of entropy generation minimization for optimizing the geometry of a double-tube heat exchanger

Języki publikacji

Abstrakty

W artykule dokonano analizy generacji entropii dla wymiennika typu rura w rurze, w którym czynnikami przekazującymi ciepło była woda. Rozważono cztery konfiguracje wymiennika z czynnikiem grzejnym w rurze wewnętrznej i zewnętrznej oraz przy przepływie współ i przeciwprądowym. Celem analiz było znalezienie średnicy wewnętrznej rury dla minimalnej generacji entropii. Uwzględniono generację entropii na skutek przepływu ciepła i wynikającą z oporów przepływu (spadków ciśnień) czynników przekazujących ciepło. Minimalną generację entropii w funkcji średnicy wewnętrznej rury uzyskano dla dwóch przypadków dla przepływu przeciwprądowego i współprądowego kiedy czynnik chłodniejszy przepływa przez wewnętrzną rurę a cieplejszy przepływa przez przestrzeń pomiędzy rurami. Dla dwóch pozostałych przypadków dla przepływu przeciwprądowego i współprądowego kiedy czynnik cieplejszy przepływa przez wewnętrzną rurę a chłodniejszy przepływa przez przestrzeń pomiędzy rurami generacja entropii maleje w przybliżeniu liniowo wraz ze wzrostem średnicy wewnętrznej rury i nie występuje ekstremum generacji entropii (minimum).

The paper presents analysis of entropy generation for a double-tube heat exchanger with water as heat transferring fluids. Four heat exchanger configurations were considered: with the heating fluid in the inner and outer tubes, and with the parallel and counter flows. The aim of the analyses was to determine the tube inner [inner tube] diameter for which entropy generation is minimum. The entropy generation resulting from heat flow and from resistance to flow (pressure losses) of hest transferring fluids were taken into account. The minimum entropy generation as a function of the inner tube diameter was found for two cases: for the counter and parallel flows when the cold fluid flow through the inner tube and the hot fluid passed through the space between the tubes. For two other cases of the counter and parallel flows when the hot fluid flows through the inner tube and the cold fluid passes through the space between the tube, entropy generation is approximately linearly decreasing with the increase in the inner tube diameter, and there is no entropy generation extremum (minimum) in the range of dimensions analysed in the study.

Słowa kluczowe

wymiennik rura w rurze generacja entropii średnica rury

double-tube heat exchanger entropy generation tube diameter

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

Rocznik

2015

Tom

R. 50, nr 10-11

Strony

6--11

Opis fizyczny

Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Laskowski R.

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska

autor

Tomczak P.

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska

autor

Jaworski M.

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

[1] Cengel Y. A., Heat and mass transfer, McGraw-Hill, New York 2007.
[2] HolmanJ.P., Heat Transfer, McGraw-Hill, New York 2002.
[3] Anozie A.IM., Odejobi O.J., The search for optimum condenser cooling water flow rate in a thermal power plant, Applied Thermal Engineering 31, 2011, 4083-4090.
[4] Benoit A., Gosselin L, Optimal geometry and flow arrangement for minimizing the cost of shell-and-tube condensers, Int. 1. Energy Res. 32 (2008), 958-969.
[5] Budnik M., Stanek W., Exergetic cost of steam power plant operation, Archives of Thermodynamics 32, 2(2011), 39-54.
[6] Caputo A. C., Pelagagge P. M., Salini P., Heat exchanger design based on economic optimization, Applied Thermal Engineering, 28,10(2008), 1151-1159.
[7] Kolenda Z., Donizak J., Hubert J., On the minimum entropy production in steady state heat conduction processes, Energy, 29(2004), 2441-2460.
[8] Ogulata R. T., Doba F., Yilmaz T, Irreversibility analysis of cross flow heat exchangers, Energ Convers Manage, 41(2000), 15B5-1599.
[9] Ordonez J., Bejan A., Entropy generation minimization in parallel-plates counterfow heat exchangers, Int. J. Energy Res. 24 (2000), 843-864.
[10] Sahiti N., Krasniqi R, Fejzullahu Xh., Bunjaku J., Muriqi A., Entropy generation minimization of a double-pipe pin fin heat exchange, Applied Thermal Engineering 28(2008), 2337-2344.
[11] Szargut, J., Local and system exergy losses in cogeneration processes, Int J Therm, 10,4(2007), 135-142.
[12] Szargut, J., Problems of thermodynamics optimization, Archives of Thermodynamics 19, 3/4(19981,85-94.
[13] Szargut, J., Energy and economic effects of the steam-and-gas heat-and-power plant cooperating with the low-exergy heating system, Int J Therm, 6, 4(2003), 143-147.
[14] Badescu V 2004 Optimal paths for minimizing lost available work during usual heat transfer processes J. Non-Equilib. Thermodyn. 29 53-73
[15] Viorel Badescu, Optimal strategies for steady state heat exchanger operation, J. Phys. D: Appl. Pnys. 37 (2004) 2298-2304
[16] Bejan A., Entropy generation minimization: The new thermodynamics of finite size devices and finite time processes, Journal of Applied Physics 79 (1996), 1191-1218.
[17] Kolenda Z.: Analiza egzergetyczna a metoda minimalizacji generowania entropii. Analiza możliwości poprawy niedoskonałości termodynamicznej procesów zaopatrzenia w elektryczność, Wyd. PAM (red. Ziąbik A„ Szargut J., Stanek W.), 2006.
[18] Laskowski R., Rusowicz A., Smyk A., Weryfikacja średnicy rurek skraplacza na podstawie minimalizacji generacji entropii. Rynek Energii 1(116), 71-75, 2015.
[19] Laskowski R., Rusowicz A.: Optymalizacja średnicy rurki skraplacza, na podstawie minimalizacji generacji entropii. Chłodnictwo, nr 4-5, 2015, ss. 26-29, 001:10.15199/8.2015.4-5.4
[20] Mohamed H. A.: Entropy Generation in Counter Flow Heat Exchangers, ASMEJ. Heat Transfer, 128, pp. 87-92, 2006.
[21] McClintock, F. A.: The Design of Heat Exchangers for Minimum Irreversibility, A5ME Paper No. 51-A-108, 1951.
[22] Prigogine, l.: Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes, 3rd ed., Wi-ley, New York, pp. 76-77,1967.
[23] Bejan A.: The concept of irreversibility in heat exchanger design: counterflow heat exchangers for gas-to-gas applications, J. Heat Transfer Trans. ASME 99 (3) (1977) 374-380.
[24] Bejan A. Second-law analysis in heat transfer and thermal design, Adv Heat Transfer 1982,15,1-58.
[25] Hesselgreaues, J. E.: Rationalization of Second Law Analysis of Heat Exchangers, Int. J. Heat Mass Transfer, 43, pp. 4189-4204, 2000.
[26] Guo J., Xu M., Cheng L: The application of field synergy number in shell-and-tube heat exchanger optimization design, Applied Energy 86 (2009) 2079-2087.
[27] Fakheri A.: Second Law Analysis of Heat Exchangers, Journal of Heat Transfer J. Heat Transfer 132(11), 111802, 2010.
[28] Ogiso K.: Duality of heat exchanger performance in balanced counter-flow systems, J. Heat Transfer Trans. ASME 125 (3) (2003) 530-532.
[29] Xu Z., Yang S., Chen Z.: A modified entropy generation number for heat exchangers, J. Therm. Sci. 5 (4) (1996) 257-263.
[30] Xiong Daxi Li Zhixin Guo Zengyuan: On Effectiveness and Entropy Generation in Heat Exchange, Journal of Thermal Science, Vol. 5, No.4, 1996.
[31] Prabhata K. Swamee, Nitin Aggarwal, Uijay Aggarwal: Optimum design of double pipe heat exchanger, International Journal of Heat and Mass Transfer 51 (2008) 2260-2266.
[32] Patrascioiu C., S. Radulescu S.: Modeling and simulation of the double tubę heat exchanger case studies, Advances in Fluid Mechanics and Heat & Mass Transfer (ISBN: 978-1-61804-114-2), 2012, 35-41.
[33] Laskowski R.: The black box model of a double-tube counter-flow heat exchanger, Heat and mass transfer, 2014, 1-9, DOI 10.1007/S00231-014-1482-2.
[34] Zheng H, Bai J, Wei J, Huang L (2011) Numerical simulation about heat transfer co-efficient for the double pipe heat exchangers. Appl Mech Mater 71-78:2477-2580
[35] Bracco S, Faccioli l, Troilo M (2007) A numerical discretization method for the dynamic simulation of a double-pipe heat exchanger. Int J Energy 1(3):47-58

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-945db39c-cdee-44f7-831d-6851ecf56ead