Numerical assessment of thermohydraulic performance of a deep freeze evaporator

Standart yaşam ve üretimdeki gelişme ile buzdolapları, ev tipi ve endüstriyel amaç için vazgeçilmez hale gelmiştir. İyi tasarlanmış bir buzdolabı, düşük enerji tüketimi ve az gürültü sağlar, düşük fiyat ve geniş depolama kapasitesine sahiptir. Buharlaştırıcının ısı transfer performansının arttırılması, enerji tüketiminin azaltılması için en önemli yollardan birisidir. Bu yüzden, bu çalışma buzdolabının enerji etkenliğini geliştirmek için buharlaştırıcının ısı transfer katsayısının, soğutma kapasitesinin ve hava tarafı basınç düşüşü üzerine kanat aralığı ve hava hızının etkilerinin belirlenmesini sağlar. Buharlaştırıcı sayısal olarak modellendi ve hava tarafı ısıl hidrolik performansını bulmak için çeşitli benzetimler yapıldı. Hava akışı, buharlaştırıcı borularının dış yüzeyinde sabit duvar sıcaklığı sınır şartı altında sıkıştırılamaz, Newtonian ve laminer olduğu farzedilmiştir. Sayısal sonuçlardan, kanat aralığı arttığında hava tarafı ısı transfer katsayısı artar fakat daha az toplam alan nedeniyle ısı transferi azalır. Hava giriş hızı arttığında hava tarafı ısı transfer katsayısının arttığı bulundu. Buharlaştırıcının kanatları arası mesafe, basınç düşüşü üzerine önemli bir etkiye sahip olduğu bulundu. Kanat aralığı azaldığında, basınç düşüşü artar. Gerekli soğutma kapasitesini sağlamak için, en uygun kanat aralığı, 0,5m/s hızda 5mm’dir.Çalışma, buzdolabının soğutma sisteminin tasarımında gerekli soğutma kapasitesi için uygun buharlaştırıcı seçimi için pahalı bir uygulama olan prototip üretimi yerine sayısal analizle daha az zamanda çeşitli buharlaştırıcı yapıları arasında karşılaştırma sağlar.

Bir derin dondurucu buharlaştırıcısının ısıl hidrolik performansının sayısal değerlendirilmesi

Refrigerators have become indispensable for domestic and industrial purposes, with the improvement in the standard of living and manufacturing. A well-designed refrigerator provides low energy consumption and noise, have low price and large capacity of storage. Improving of the evaporator heat transfer performance is one of the most important ways for reducing the energy consumption. Therefore, this study performs determination of the influences of the fin spacing and air velocity on heat transfer coefficient, cooling capacity and pressure drop of airside of the evaporator in order to improve the energy efficiency of refrigerator. The evaporator is modeled numerically and several simulations have been done to find airside thermohydraulic performance. The airflow is assumed to be incompressible, Newtonian and laminar under the constant wall temperature boundary conditions on external surfaces of the evaporator pipes. From the numerical results, when the fin spacing is increased, the airside heat transfer coefficient is increased but heat transfer is decreased because of less total area. It has been found that as the air inlet velocity increases the heat transfer coefficient increases. The distance between fins of the evaporator is found to have considerable effect on pressure drop. The fin spacing is decreased pressure drop is increased. For provide the required cooling capacity, the most suitable fin spacing is found as 5 mm at velocity of 0,5 m/s.The study provides a comparison between various evaporator constructions at less time with numerical analyze instead of fabricating a prototype that is an expensive application to choose the proper evaporator for the required cooling capacity in the design of the refrigeration system of a refrigerator.

PDF

___

Altınışık, K., Akça, M., Mat, M.D. and Karakoç, F., Düzlem Kanatlı Borulu Evaporatörlerde Isı Transfer Performansının Deneysel Olarak Incelenmesi: The Experimental Investigation of Heat Transfer Performance in the Plate Finned Tube Evaporators, ULIBTK’99, 12th National Conference on Thermal Sciences And Technologies, 1999.
Bansal, P.K., Wich, T., Browne, M.W., Optimization of Egg-Crate Type Evaporators in Domestic Refrigerators, Applied Thermal Engineering 21, 751-770, 2001.
Byun, J.S , Lee, J., Jeon, C.D. and Mok, J., A Study on Airside Performance of Geometry Combination Fins Using Large Scale Model, International Journal of Refrigeration 29, 1034-1042, 2006.
Chen, H.T., Chou, J.C. and Wang, H.C., Estimation of Heat Transfer Coefficient on the Vertical Plate Fin of Finned Tube Heat Exchangers For Various Air Speeds and Fin Spacings, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50, 45-57, 2007.
Chen, N., Xu, L., Feng, H.D. and Yang, C.G., Performance Investigation Of A Finned Tube Evaporator Under the Oblique Frontal Air Velocity Distribution, Applied Thermal Engineering 25, 113-125, 2005.
Erek, A., Özerdem, B., Bilir, L. and İlken, Z., Effect of Geometrical Parameters on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Plate Fin and Tube Heat Exchangers, Applied Thermal Engineering 25, 2421-2431, 2000.
Fluent, Inc., 6.1.22
Gray, D.L. and Webb, R.L. Heat Transfer and Friction Correlations For Plate Finned-Tube Heat Exchangers Having Plain Fins. Proc Eight Int. Heat Transfer Conf. August 17-22, San Francisco,pp.2745-2750
Halıcı, F., Taymaz, İ. and Gündüz, M., The Effect of Tube Rows on Heat, Mass and Momentum Transfer in Flat-Plate Finned Tube Heat Exchangers, Energy 26, 963-972, 2001.
Horuz, I., Kurem, E. and Yamankaradeniz, R., Experimental and Theoretical Performance Analysis of Air-Cooled Plate-Finned-Tube Evaporators, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 25, 787-798, 1998
Jacimovic, B.M., Genic, S.B. and Latinovic, B.R., Research on the Air Pressure Drop in Plate Finned Tube Heat Exchangers, International Journal of Refrigeration 29, 1138-1143, 2006.
Jaluria, Y., Design and Optimization of Thermal Systems, Mcgraw Hill Book Companies, Inc, 1998.
Kays, W.M. and London, A.L., Compact Heat Exchangers, Mcgraw Hill Book Companies, Inc, 1984.
Kakaç, S., Boilers, Evaporators and Condensers, John Wiley & Sons, Inc, 1991.
Kim, Y. and Kim, Y., Heat Transfer Characteristics of Flat Plate Finned-Tube Heat Exchangers with Large Fin Pitch, International Journal of Refrigeration, 28, 851-858, 2005
Konveyor A.Ş., http://www.konveyor.com, 14.05.2006.
Rich, D., The Effect Of Fin Spacing on The Heat Transfer and Friction Performance of Multi-Row, Smooth Plate Fin-and-Tube Heat Exchangers. Ashrae Transactions 1973 79 Part 2, No. 2288, 137–145
Matos, R.S., Laursen, T.A., Vargas, J.V.C. and Bejan, A., Three Dimensional Optimization of Staggered Finned Circular and Elliptic Tubes in Forced Convection, International Journal of Thermal Sciences 43, 477-487, 2004.
Mon, M. S. and Gross, U., Numerical Study of Fin-Spacing Effects in Annular-Finned Tube Heat Exchangers, Int. Journal Of Heat And Mass Transfer 47, 1953-1964, 2004.
Rocha, L.A.O., Saboya F.E.M. and Vargas, J.V.C., A Comparative Study of Elliptical and Circular Sections in One- and Two-Row Tubes and Plate Fin Heat Exchangers, International Journal Heat and Fluid Flow 18, 247-252, 1997.
Tutar M. and Akkoca, A., Numerical Analysis of Fluid Flow and Heat Transfer Characteristics in Three-Dimensional Plate Fin-and-Tube Heat Exchangers, Numerical Heat Transfer, Part A, 46, 301-321, 2004.
Wang, C.C. and Chi, K.Y., Heat Transfer and Friction Characteristics of Plain Fin-and-Tube Heat Exchangers, Part I: New Experimental Data, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 2681-2691, 2000.
Yan, W. M. and Sheen, P. J., Heat Transfer and Friction Characteristics of Fin and Tube Heat Exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 1651-1659, 2000.
Yang, D.K, Lee, K.S. and Song, S., Fin Spacing Optimization of Fin-Tube Heat Exchanger Under Frosting Conditions, International Journal of Heat and Mass Transfer 49, 2619-2625, 2006.