Numerical Investigation of the Concave-Cut Baffles Effect in Shell-and-Tube Heat Exchanger

Abstract

У роботі досліджено ефективність теплообмінних апаратів з односегментними перегородками і різними їх конфігураціями увігнуто-вирізаних перегородок (10, 15 і 20 %). Дослідження проводилось для теплообмінника з трьома робочим середовищами: моторне масло, вода, повітря. Для кожної конфігурації перегородок отримані результати, добре узгоджені для двох моделей турбулентності: k-ε і RNG k-ε. Підтверджено, що теплообмінники з увігнутими перегородками мають більші перепади тиску і нижчі показники ефективності, ніж одиничні сегментні перегородки у тому ж массогабаритному діапазоні. Крім того, теплообмінники з увігнуто-вирізаними перегородки мають нижчі коефіцієнти теплопередачі зі сторони оболонки за однакового перепаду тиску порівняно з коефіцієнтом теплопередачі для односегментних перегородок. Таким чином, використання перегородок з увігнутим вирізом не сприяє бажаному підвищенню ефективності теплообмінника порівняно з сегментними перегородками.

In this paper, the performance of shell-and-tube heat exchangers with single-segmental baffle and varying configurations of concave-cut baffles (10, 15 and 20 %) was investigated. The study was carried out for a heat exchanger having either engine oil, water and air as shell-side fluid. For each configuration of the baffles, the results of both the the k-ε and RNG k-ε turbulent models were in very close agreement. The heat exchangers with concavecut baffles had higher pressure drops and lower performance factors than that of single-segmental baffle at the same range of mass flow rates for all fluid cases. Also, the concave-cut baffle heat exchangers had lower shell-side heat transfer coefficients at the same pressure drop against that of single-segmental baffles. Thus, the use of concave-cut baffles did not exhibit desirable performance in heat exchanger as compared with the segmental baffles.