Parametric CFD study for finding the optimal tube arrangement of a fin-and-tube heat exchanger with plain fins in a marine environment
Julkaisuvuosi
2021
Tekijät
Välikangas, Turo; Folkersma, Mikko; Dal Maso, Miikka; Keskitalo, Tuomo; Peltonen, Petteri; Vuorinen, Ville
Tiivistelmä
<p>In the past, fin-and tube heat exchanger (FTHE) tube pattern ratios have been largely based on ad-hoc design principles. Here, we investigate the optimal tube arrangements for a FTHE with plain fins in marine environments represented by two different air types; one for unfiltered air with high condensation rate and one for clean dry filtered air conditions. The thermal-hydraulic efficiency of the FTHE design is measured by comparing a modified ratio of Colburn j-factor and Fanning friction factor. The regression model generated from the CFD data is then used to identify the maximum efficiency for two design specific fin pitches separately. We identified two optimal tube patterns: one for a large fin pitch for unfiltered air, and another for a small fin pitch for filtered air. Manufacturing restrictions were found to significantly limit the maximum achievable efficiency of a tube pattern. By neglecting the related manufacturing restrictions, 4% higher efficiency for a fin pitch of 1.5 mm and 23% higher efficiency for a fin pitch of 3.5 mm is achieved. Without any application specific limitations or manufacturing restrictions the fin pitch 1.5 mm can have a 36% increased efficiency than fin pitch 3.5 mm. These novel results show that development in manufacturing have potential for significant improvements in thermal-hydraulic efficiency.</p>
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Volyymi
200
Artikkelinumero
117642
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
1
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Fysiikka; Kone- ja valmistustekniikka; Ympäristötekniikka
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Kyllä
DOI
10.1016/j.applthermaleng.2021.117642
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä