Heat transfer enhancement in laminar flow through circular tube using various twisted tapes

Abstract

Bu tezde sırasıyla düz boru ile donatılmış (tipik, yarım daire kesimli, U-kesimli, V-kesimli ve perfore-oluklu) olmak üzere beş farklı tipteki bükülmüş bant (TTT, SCTT, UCTT, VCTT, PTT) için ısı transferi ve basınç düşüşü özelliklerini değerlendirmek amacıyla deneysel bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu çeşitli kategorilerdeki bantlar iki bükülme oranlarıyla test edilmiştir (y = 5.0, 3.0). Deneyler 566 ila 1994 arasında değişkenlik gösteren Reynolds sayısı (Re) ile laminar akış rejimi altında yapılmıştır. 14.2 mm çapında, 1000 mm uzunluğunda ve 0.9 mm kalınlığında bir bakır düz boru, düzgün ısı akısına maruz bırakılmış ve ısı kayıplarını önlemek için asbest ile yalıtılmıştır. Çalışma sıvısı sudur.Mevcut deneysel çalışmadan elde edilen ana bulgular, düz boru içerisinde yukarda bahsi geçen farklı kategorilerdeki bükülmüş bantların kullanımının ek parça olmayan boruya oranla önemli oranda ısı transferi ve buna ilaveten basınç düşüşünde artış sağladığını göstermiştir. Buna ek olarak, tüm kategoriler için bükülme oranının azaltılması, daha yüksek Nusselt sayısı (Nu) meydana getirmiştir. Bükülme oranı 3.0 (VCTT3) olan V-kesimli bükülmüş bant68.63 değeriyle Nu sayısında en yüksek artışı sağlamış, ikincil akışın oluşması ve helezoni dönüş yoğunluğunun artması nedeniyle düz borudan daha yüksek oranda %195 değerinde ısı transfer artışı sağlamıştır. Düz boru ile karşılaştırıldığında, en düşük ısıl artış %105 değeri ve 48.75 Nu sayısı ile bükme oranı 5.0 (PTT5) olan perfore-oluklu bant ile elde edilmiştir. Ayrıca VCTT3 dairesel düz boru içerisinde donatılmış kategoriler arasında 566 Re'de 0,574 direnç faktörü ile en yüksek sürtünme kaybını ortaya çıkarmış ve düz borudan 5,667 kat daha fazla olmuştur. Araştırılan aralık üzerinde en düşük sürtünme kaybı ise 1994 Re'de 0,162 sürtünme faktörü ile PTT5 ile elde edilmiştir.Bu çalışmada, yüksek termal performans faktörü VCTT3 ile, Reynolds sayısı 1994'de 8.65 iken, UCTT3, SCTT3, TTT3 ve PTT3, aynı koşullarda sırasıyla 8.44, 8.4, 8.24 ve 8.04'ü vermiştir.Anahtar Kelimeler: Bükülmüş Bantlar, Laminer Akış, Düzgün Isı Akısı

In this thesis, an experimental investigation is implemented to evaluate the heat transfer and pressure drop characteristics for five variant types of twisted tapes including (typical, semicircular-cut, U-cut, V-cut and perforated) twisted tapes (TTT, SCTT, UCTT, VCTT, PTT) respectively equipped in plain tube. These various categories tested with two twist ratios (y=5.0, 3.0). The experiments carried out under laminar flow regime with Reynolds number (Re) varies from 566 to 1994. A copper plain tube of 14.2 mm diameter, 1000mm length and0.9mm thickness was exposed to uniform heat flux and is insulated by asbestos to avoid heat losses. The working fluid was water.The main findings that were obtained from the present experimental work is that using of various categories of twisted tape mentioned above in plain tube produced a considerably enhancement in heat transfer with an increase in pressure drop compared with the tube without insert. In addition, decreasing the twist ratio for all categories produced higher Nusselt number (Nu). V-cut twisted tape of twist ratio of 3.0 (VCTT3) yielded the highest increase in Nu with value of 68.63 with heat transfer enhancement of 195% higher than the plain tube due to the generating of secondary flow and increase of swirl intensity. The lowest heat enhancement produced by perforated twisted tape of twist ratio of 5.0 (PTT5) with Nu of 48.75 and 105% comparing to the plain tube. Furthermore, VCTT3 caused higher friction loses between the equipped categories in the circular plain tube with friction factor of 0.574 at Re of 566 and it is 5.667 times higher than the plain tube while minimum friction losses yielded by PTT5 with friction factor of 0.162 at Re of 1994 over the range investigated.In this study, the higher thermal performance factor was obtained by VCTT3 and it is 8.65 at Reynolds number of 1994, while UCTT3, SCTT3, TTT3 and PTT3 yielded 8.44, 8.4, 8.24and 8.04 respectively at the same conditions.Keywords: Twisted Tapes, Laminar Flow, Uniform Heat Flux