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Turbulent flow heat transfer and fluid friction in helical-wire-coil-inserted tubes

1983; Elsevier BV; Volume: 26; Issue: 12 Linguagem: Inglês

10.1016/s0017-9310(83)80154-9

1879-2189

R. Sethumadhavan, Madhumati Rao,

Fluid Dynamics and Turbulent Flows

Results are presented from experimental investigations of heat transfer in a 25 mm I.D. copper tube, tightly fitted with helical-wire-coil inserts of varying pitch (p), helix angle (x) and wire diameter (e). A similarity law approach was attempted to interpret the friction and heat transfer results and correlate them in terms of roughness Reynolds number (h+), momentum transfer roughness function R(h+) and heat transfer roughness function G(h+, Pr). The present results are compared with previously published results and a generalized correlation for the G-function has been developed, which is applicable for different types of rough surfaces. An optimization study was made on the basis of maximization of the heat transfer rate and also minimization of pumping power and heat exchanger frontal area to identify the most efficient tube within the matrix of data. On présente des résultats expérimentaux de transfert de chaleur dans un tube en cuivre de diamètre intérieur 25 mm, muni d'un serpentin de fil inséré avec un pas (p), un angle d'hélice (x) et un diamètre de fil (e). Une loi de similitude est fournie pour interpréter le frottement et le transfert thermique et les formules en fonction dunumbrede Reynolds de rugosité (h+), du transfert de quantité de mouvement R(h+) et du transfert thermique G(h+, Pr). Ces résultats obtenus sont comparés avec des résultats déjà publiés et une formule générale pour la fonction G est développée et elle est applicable pour différents type de surfaces rugueuses. Une étude d'optimisation est faite sur la base de la maximisation du transfert thermique et de la réduction de la puissance de pompage et de l'aire frontale del'échangeur de chaleur, afin d'identifier le tubele plus efficace dans l'ensemble des données. Es werden die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen des Wärmeübergangs in einem Kupferrohr von 25 mm Durchmesser, in dem spiralförmige Drahtwendeln eng anliegend eingebracht wurden, mitgeteilt. Ganghöhe (p), Steigungswinkel (x) und der Drahtdurchmesser (e) wurden variiert. Es wurde versucht, die Ergebnisse für Wärmeübertragung und Druckverlust entsprechend den Ähnlichkeitsgesetzen zu deuten und sie in Abhängigkeit von Begriffen wie der Rauhigkeits-Reynolds-Zahl (h+), der Rauhigkeits-Impulsübertragungs-Funktion R(h+) und der Rauhigkeits-Wärmeübertragungs-Funktion G(h, Pr) darzustellen. Die vorliegenden Ergebnisse werden mit früher veröffentlichten verglichen und eine allgemeine Beziehung für die G-Funktion entwickelt, die auf verschiedene Arten von rauhen Oberflächen anwendbar ist. Um das günstigste Rohr innerhalb der ermittelten Daten zu dentifizieren, wurde eine Optimierungsuntersuchung gemacht, deren Grundlage die Maximierung des Wärmeübergangs sowie die Minimierung der Pumpenleistung und der Wärmeaustauscherstirnfläche ist. Представлены результаты экспериментальных исследований теплопереноса в медной трубе, имеющей внутренний диаметр 25 mm, в которую вплотную вмонтированы проволочные спиральные вставки с разными шагами (p), углами наклона витков (x) и диаметрами проволоки (e). Предпринята попытка на основе автомодельного анализа объяснить результаты по трению и теплопереносу и обобщить их с помощью числа Реннольдса для шероховатой поверхности (h+), функции переноса количества движения на шероховатой поверхности R(h+) и функции переноса от шероховатой поверхности G(h+, Pr). Проведено сравнение полученных результатов с ранее опубликованными данными и предложено обобщенное соотношение для G-функции, которое можно использовать для различных типов шероховатых поверхностей. Используя матрицу экспериментальных данных, выполнен анализ оптимизации рассматриваемого теплообменного устройства по максимуму теплового потока, минимуму мощности, необходимой для прокачки жидкости, и минимуму фронтальной площади теплообменника.