Pressure drop characteristics of heat exchangers consisting of arrays of diamond-shaped pin fins
1991; Elsevier BV; Volume: 34; Issue: 3 Linguagem: Inglês
10.1016/0017-9310(91)90108-q
ISSN1879-2189
Autores Tópico(s)Fluid Dynamics and Turbulent Flows
ResumoA broad-ranging investigation encompassing complementary experimentation and numerical simulation is performed to determine the pressure drop characteristics of arrays of diamond-shaped pin fins. The array geometrical parameters ST/W and SL/W, respectively, range from 1.15 to 2.00 and from 1.00 to 2.00, where W is the maximum fin width and ST and SL the transverse and longitudinal spacings. The investigated fins have forward-facing vertex angles of either 45 or 90 deg. The Reynolds number, based on the maximum fin width and the maximum fluid velocity, ranges from about 20 to 2200. From the experiments, highly accurate data for selected arrays are obtained for the per-row pressure drop, for the combined entrance and exit losses, and for the length of the hydrodynamic development region. The perrow pressure drop data served as a standard of comparison for the predictions of the numerical simulations, which are performed using a finite-element code applied to the periodic fully developed regime. The thusvalidated simulation model is employed to generate results for a wide range of geometrical conditions. To facilitate their application to design, the numerically determined per-row pressure drop results are correlated by compact algebraic equations (equations (12)–(15)). Des expériences et une simulation numérique sont faites pour déterminer les caractéristiques de perte de charge d'arrangements d'aiguilles à tête de diamant. Les paramètres géométriques ST/W et SL/W, où W est la largeur maximale de l'aiguille, ST et SL les espacements transverse et longitudinal, varient respectivement de 1,15 à 2,00 et de 1,00 à 2,00. Le nombre de Reynolds basé sur W et la vitesse maximale du fluide varie entre 20 et 2200. Par les expériences, on obtient des résultats précis de la perte de pression par rangée pour les pertes d'entrée et de sortie et pour la région de développement hydrodynamique. La perte de pression par rangée sert d'élément de comparaison pour les simulations numériques qui sont résolues par une méthode aux éléments finis appliquée au régime périodique complètement établi. Le modèle de simulation ainsi validé est employé pour fournir des résultats pour un large domaine de conditions géométriques. Pour faciliter l'application à des conceptions, les résultats de perte de charge par rangée sont unifiés par des formules algébriques compactes. Es wird eine breit angelegte Untersuchung zur Bestimmung des Druckabfalls von Anordnungen diamantförmiger Stiftrippen durchgeführt, welche ergänzende Versuche und numerische Lösungen einschlieβt. Die Geometrieparameter ST/W und SL/W liegen zwischen 1,15 und 2,0 bzw. 1,0 und 2,0, wobei W die maximale Rippenbreite, ST und SL die Quer- bzw. Längsteilung sind. Die untersuchten Rippen haben an der Vorderseite einen Scheitelwinkel von entweder 45 oder 90 Grad. Die mit der maximalen Rippenbreite und der maximalen Fluidgeschwindigkeit gebildete Reynolds-Zahl liegt zwischen 20 und 2200. Aus den Versuchen ergeben sich extrem genaue Ergebnisse für einzelne Anordnungen, und zwar für den Druckabfall je Reihe, für die kombinierten Eintritts- und Austrittsverluste sowie für die Länge des hydrodynamischen Anlaufgebiets. Die Ergebnisse für den Druckabfall je Reihe dienen als Vergleichsgrundlage für die numerischen Berechnungen, welche mit Hilfe eines Finite-Elemente-Verfahrens im periodisch vollständig entwickelten Gebiet ausgeführt worden sind. Das Simulationsmodell wird auf diese Weise zunächst validiert und anschließend für Berechnungen in einem weiten Bereich von geometrischen Bedingungen angewandt. Um die praktische Anwendung zu erleichtern, werden die numerisch berechneten Ergebnisse für den Druckabfall je Reihe mit Hilfe einer kompakten algebraischen Gleichung korreliert (Gleichungen (12) bis (15)). Пpoвeдeнo шиpoкoмacштaбнoe иccлeдoвaниe, включaющee экcпepимeнты и чиcлeннoe мoдeлиpoвaниe c цeлью oпpeдeлeния чapaктepнcтик пepeпaдa дaвлeния в нaбopaч poмбoвидныч игoльчaтыч peбep. Гeoмeтpичecкиe пapaмeтpы нaбopoв ST/W и SL/W измeнялиcь cooтвeтcтвeннo oт 1,15 дo 2,00 и oт 1,00 дo 2,00, гдe W—мaкcимaльнaя шиpинa peбpa, ST и SL—пoпepeчный и пpoдoльный шaги. uглы пpи вepшинe иccлeдueмыч peбep cocтaвляли 45 и 90 гpaдucoв. чиcлo peйнoльдca, ocнoвaннoe нa мaкcимaльнoй шиpинe peбpa и мaкcимaльнoй cк pocти жидкocти, измeнялocь в интepвaлe oт пpиблизитeльнo 20 дo 2200. Для выбpaнныч нaбopoв экcпepимeнтaльнo пoлuчeны дocтaтoчнo тoчныe дaнныe пo пepeпaдu дaвлeни я в eдиничнoм pядe peбep, coвмecтным пoтepям нa вчoдe и вычoдe, a тaкжe пo длинe uчacткa гидpoдинaмичecкoгo paзвития. Дaнныe пo пepeпaдu дaвлeния в eдиничнoм pядe peбep иcпoльзuютcя в кaчecтвe cтaндapтa для cpaвнeния pacчeтoв нo чиcлeнным мoдeлям c пpимeнeниeм мeтoдa кoнeчныч элeмeнтoв к пepиoдичecкoмu пoлнocтью paзвитoмu peжимu. aпpoбиpoвaннaя тaким oбpaзoм мoдeль иcпoльзueтcя для oбoбщeния peзuльтaтoв, пoлuчeнныч для шиpoкoгo диaпaзoнa гeoмeтpичecкич ucлoвий. c цeлью oблeгчeния пpимeнeния пpи кoнcтpuиpoвaнии чиcлeнныe peзuльтaты пo пepeпaдu дaвлeния в eдиничнoм pядe peбep пpивeдeны в видe дocтaтoчнo пpocтыч aлгeбpaичecкич upaвнeний (upaвнeния (12)–(15)).
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