Tytuł pozycji:
Mathematical modelling of the unsteady operation of a plate and fin heat exchanger for the time-varying mass flow rate of liquid and air velocity
The mathematical simulation of a plate fin and tube heat exchanger is presented in this paper. The simulation of the transient operation of the heat exchanger was carried out using a general numerical model that was previously developed by the authors. The Reynolds number of the water flowing inside the tubes varied in the range from 4000 to 12000. A detailed analysis of the transient response of a heat exchanger to sudden increase in water mass flow rate and the simultaneous reduction in air flow velocity was modelled. Heat transfer correlations for air and water were determined based on the experimental data. Unknown parameters appearing in the relationships for the Nusselt numbers on the airand water-sides were estimated using the least squares method. A set of partial differential equations for the temperature of water, air, tube wall, and fins was solved using the finite volume method. The results of the numerical simulations of a heat exchanger using experimentally determined air and water-side heat transfer formulas for the calculation of heat transfer coefficients were compared with the experimental data. Excellent agreement between computation results (air and water temperatures at the outlet of the heat exchanger) and experimental results was obtained.
Przedstawiona została symulacja matematyczna wymiennika ciepła z rur ożebrowanych. Symulacja nieustalonej pracy wymiennika przeprowadzona została za pomocą modelu matematycznego opracowanego wcześniej przez autorów. Liczba Reynoldsa po stronie wody zmieniała się w zakresie od 4000 do 12 000. Szczegółowa analiza zmian temperatury została przeprowadzona dla przypadku nagłego wzrostu strumienia masowego płynu z jednoczesnym obniżeniem prędkości powietrza. Korelacje na współczynniki wnikania ciepła dla powietrza i wody określono na podstawie danych doświadczalnych. Nieznane parametry, które pojawiają się w równaniach na liczbę Nusselta dla powietrza i wody wyznaczono za pomocą metody najmniejszych kwadratów. Układ równań różniczkowych cząstkowych umożliwiający wyznaczenie temperatury wody, powietrza, ścianki rury i żeber zostały rozwiązane z użyciem metody objętości skończonej. Wyniki numerycznej symulacji pracy wymiennika z użyciem współczynników wnikania ciepła wyznaczonych z korelacji na liczby Nusselta od strony powietrza i wody porównano z danymi eksperymentalnymi. Uzyskano bardzo dobrą zgodność wyników obliczeń i pomiarów.
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)
