Optimization of vortex generators positions and angles in fin-tube compact heat exchanger at low Reynolds number (2014)
- Authors:
- Autor USP: SALVIANO, LEANDRO OLIVEIRA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PME
- Subjects: TRANSFERÊNCIA DE CALOR; TROCADORES DE CALOR; ALGORITMOS GENÉTICOS; REDES NEURAIS
- Keywords: GERADOR DE VÓRTICES
- Language: Inglês
- Abstract: Por muitos anos, a intensificação da transferência de calor tem despontado como um importante tópico de pesquisa. Embora existam muitas técnicas eficazes de intensificação da transferência de calor, como o uso de geradores de vórtices, poucos trabalhos de pesquisa lidam com a otimização. Neste trabalho, foi realizada a otimização das posições e ângulos dos geradores de vórtice longitudinal (LVG) tipo meia asa delta, considerando um trocador de calor tubo-aleta compacto com duas linhas de tubos desalinhados. Duas abordagens foram empregadas: Método da Superfície de Resposta (Neural Networking) e Otimização Direta. Um software comercial (Fluent), baseado na metodologia de volumes finitos, foi empregado na análise numérica da transferência de calor, estruturas vorticais e perda de pressão no escoamento, na presença de LVG. A razão de aspecto dos geradores de vórtice foi 2, e o número de Reynolds, baseado na distância entre as aletas, foram de 250 e 1400. Foram analisados quatro parâmetros dos LVG, os quais impactam na performance do trocador de calor: a posição do LVG na direção x-y, o ângulo de ataque (θ) e o ângulo de rolamento (φ). O ângulo de rolamento foi primeiramente estudado neste trabalho. No total, oito parâmetros independentes do LVG foram considerados: (x₁,y₁,θ₁,φ₁) para o primeiro tubo e (x₂,y₂,θ₂,φ₂) para o segundo tubo. O método da Análise Fatorial (software ModeFrontier) foi aplicado no estudo da influência destes parâmetros dos LVG na performance do trocador de calor. Também foi avaliado o efeito de cada um destes parâmetros na transferência de calor e perda de pressão do escoamento, expressos em termos do fator de Colburn (j) e do fator de Atrito (f), respectivamente. As configurações otimizadas dos LVG, conduziram à taxas de transferência de calor maiores do que aquelas reportadas pela literatura.A Otimização Direta mostrou resultados melhores do que através da metodologia de Superfície de Resposta para todas as funções objetivas avaliadas neste trabalho. Importantes interações foram identificadas entre VG₁ e VG₂, os quais influenciaram nos resultados dos fatores de Colburn (j) e Atrito (f) para cada número de Reynolds. Particularmente, foi identificado que a assimetria dos LVG desempenha um papel fundamental na intensificação da transferência de calor, onde os parâmetros de VG₂ depende fortemente dos parâmetros de VG₁. Além disso, para cada número de Reynolds e para cada função objetivo, existe uma configuração ótima dos parâmetros do LVG. Se o objetivo é a redução da perda de pressão global, VG₁ poderia ser suprimido da modelagem, pois a sua principal função é aumentar a transferência de calor ao longo da aleta. Por outro lado, VG₂ foi relevante tanto para aumentar a transferência de calor quanto para diminuir a perda de pressão. O ângulo de rolamento teve grande influência sobre o resultado do fator de Atrito (f), especialmente para VG₁ e para baixo número de Reynolds.
- Imprenta:
- Data da defesa: 25.04.2014
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ABNT
SALVIANO, Leandro Oliveira. Optimization of vortex generators positions and angles in fin-tube compact heat exchanger at low Reynolds number. 2014. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2014. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-26122014-120408/. Acesso em: 06 maio 2024. -
APA
Salviano, L. O. (2014). Optimization of vortex generators positions and angles in fin-tube compact heat exchanger at low Reynolds number (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-26122014-120408/ -
NLM
Salviano LO. Optimization of vortex generators positions and angles in fin-tube compact heat exchanger at low Reynolds number [Internet]. 2014 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-26122014-120408/ -
Vancouver
Salviano LO. Optimization of vortex generators positions and angles in fin-tube compact heat exchanger at low Reynolds number [Internet]. 2014 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-26122014-120408/
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