Metoda obliczeń cieplnych i przepływowych pionowej wężownicy zanurzonej w zimnej cieczy o stałej temperaturze. Część 2. Wyniki obliczeń i analiza

• Autorzy: Urbanowicz-Gorska A. , Wojtkowiak J.

Warianty tytułu

EN

Method of Heat and Fluid Flow Calculations of Vertical Helical Pipe Immersed in Cold Liquid of Constant Temperature. Part 2. Results and Discussion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę obliczeń wymiany ciepła oraz strat ciśnienia w pionowej helikoidalnie skręconej rurze (wężownicy) zanurzonej w dużym zbiorniku z chłodną cieczą. Wymiana ciepła na zewnątrz wężownicy odbywa się w warunkach konwekcji swobodnej. W pierwszej części artykułu podano komplet równań oraz opisano algorytm metody. W części drugiej przedstawiono wyniki obliczeń uzyskane za pomocą programu komputerowego, w którym zastosowano zaproponowany algorytm. W obliczeniach zbadano wpływ czterech parametrów, a mianowicie: średnicy rury d, m, średnicy wężownicy D a, m, skoku zwoju p, m i strumienia płynu m, kg/s, przepływającego w wężownicy na pięć następujących wielkości: współczynnik przejmowania ciepła wewnątrz wężownicy h in, W/(m2*K), współczynnik przejmowania ciepła na zewnątrz wężownicy h out, W/(m2*K), współczynnik przenikania ciepła przez ściankę wężownicy U, W/(m*K), długość wężownicy L, m oraz zapotrzebowanie na moc elektryczną P, W, niezbędną do przetłoczenia cieczy przez wężownicę. Obliczenia sprawdzające wykazały poprawność działania programu. Zaproponowana metoda może być stosowana do projektowania wężownic oraz ich optymalizacji.

EN

In this paper a method of heat and fluid flow calculations of vertical helical pipe immersed in cold liquid of constant temperature is suggested. Free convection at the outer surface of the pipe was assumed. In the first part of the paper all equations and a flowchart of the method are discussed. \n the second part results of calculations are presented and analyzed. The calculations were performed by means of computer program in which the method was implemented. Effects of four independent variables on five dependent parameters were investigated. As independent variables were selected: lube diameter d [m], diameter of helical pipe D a [m], pitch of the helical coil p [m] and fluid flow inside the pipe m [kg/s]. The dependent parameters were: heat transfer coefficient at inner surface of the pipe h in [W/(m2K)], heat transfer coefficient at outer surface of the pipe h out [W/(m2*K)], overall heat transfer coefficient U [W/(m*K)j, pipe length L [m] and electrical power of the pump P [W]. It was shown that the program operated correctly and it could be used for design and optimize helical pipes.

Słowa kluczowe

PL

energia odnawialna; wężownica; obliczenia cieplne i przepływowe

EN

renewable energy; helical pipe; heat and fluid flows

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 43, nr 8
• Strony: 327--332
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Urbanowicz-Gorska A.

autor

Wojtkowiak J.

• Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Ali M.E.: Experimental investigation of natural convection from vertical helical coiled tubes, Int. Journal of Heat and Mass Transfer, (1994), vol. 37, Nr 4, 665-671
• [2] Corcione M.: Correlating equations for free connection heat transfer from horizontal isothermal cylinder set in a vertical array, International Journal of Heat and Mass Transfer, (2005), vol. 48, 3660-3673
• [3] Churchill S.W., Chu H.H.S.: Correlating Equations for Laminar and Turbulent from a Horizontal Cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, (1975), vol. 18, 1049-1056
• [4] Dean W.R.: Note on the motion of fluid flow in a curved pipe, The London, Edinburgh & Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, (1927), vol. 4, 208-223
• [5] Dean W.R.: The streamline motion of fluid in a curved pipe, The London, Edinburgh & Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, (1928), vol. 5, 673-695
• [6] Guyer E.C., Brownell D.L.: Handbook of Applied Thermal Design, McGraw-Hill, Inc., 1989
• [7] Ito H.: Friction factor for turbulent flow in curved pipes, J. of Basic Engineering, (1959), vol. 81, 123-134
• [8] Liu S., Masliyah J.H.: Developing convective Heat transfer in helical pipes with finite pitch, International Journal of Heat and Fluid Flow, (1994), vol. 15,66-74
• [9] Mori Y, Nakayama W.: Study on forced convective heat transfer in curved pipes (1" Report, Laminar Region), International Journal of Heat and Mass Transfer, (1965), vol. 8, 67-82
• [10] Mori Y., Nakayama W.: Study on forced convective heat transfer in curved pipes, (2"* Report, Turbulent region), International Journal of Heat and Mass Transfer, (1967), vol. 10, 37-59
• [11] Mori Y., Nakayama W.: Study on forced convective heat transfer in curved pipes, (3rd Report), International Journal of Heat and Mass Transfer, (1967), vol. 10, 681-695
• [12] Naphon R, Wongwises S.; A review of flow and heat transfer characteristics in curved tubes, Renewable and Sustainable Energy Reviews, (2006), vol. 10, 463-490, www.sciencedirect.com
• [13] Oleśkowicz-Popiel Cz., Wojtkowiak J.: Eksperymenty w wymianie ciepła, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2007
• [14] Prabhanjan D.G., Rennie T.J., Vijaya Raghavan G.S.: Natural convection heat transfer from helical coiled tubes, International Journal of Thermal Sciences, (2004), vol. 43, 359-365
• [15] Prusa J., Yao L.S.: Numerical solution for fully developed flow in heated curved tubes, Journal of Fluid Mechanics, (1982), vol. 123, 503-522
• [16] Seban R.A., McLaughlin E.F.: Heat transfer in tube coils with laminar and turbulent flow, Int. Journal of Heat and Mass Transfer, (1963), vol. 6, 387-395
• [17] Subhashini Vashisth, Vimal Kumar, Krishna D.P. Nigam: A revive on potential application of curved geometries in process industry, Industrial and Engineering Chemistry Research, (2008), 47, 3291-3337
• [18] Taherian H., Allen P.L.: Designing shell-and-coil natural convection heat exchangers, Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, (2001), 725-730
• [19] Taylor G.I.: The criterion for turbulence in curved pipes, Proceedings of the Royal Society, London, (1929), A 124, 243-249
• [20] Urbanowicz-Gorska A., Wojtkowiak J.: Pressure drop in helical pipes (Opory przepływu w rurach helikoidalnych), XII International Conference Air Conditioning Protection & District Heating, (2008), Wrocław-Szklarska Poręba, 499-504
• [21] Urbanowicz-Gorska A., Wojtkowiak J.: Heat transfer in helical pipes (Wymiana ciepła w rurach helikoidalnych), XII International Conference Air Conditioning Protection & District Heating, (2008), Wrocław-Szklarska Poręba, 505-510
• [22] Van Dyke M.: Extended Stokes series: laminar flow through a loosely coiled pipe, Journal of Fluid Mechanics, (1978), vol. 86, 129-145
• [23] White C.M.: Streamline flow through curved pipes, Proceedings of the Royal Society, London, (1929), A 123, 645-663
• [24] Wojtkowiak J., Oleśkowicz-Popiel Cz.: Współczynnik oporu przepływu dla rury helikoidalnej, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, (1995), nr 2, 273-281
• [25] Xin R.C., Ebadian M.A.: Natural Connection Heat Transfer from Helicoidal Pipes, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, (1996), vol. 10, No. 2, 297-302