A numerical simulation on the heat transfer and flow field was carried out to improve the performance of the shell and tube heat exchanger. The steady incompressible 3-D Navier-Stokes solution is obtained with the actual operational condition and geometry of the heat exchanger. Based on this study, it is noted that the present geometry of the heat exchanger causes poor heat transfer since the air inside shell does not flow through the tube bundle, but around it. The enhancement of the heat transfer can be achieved by the variation of the design factor like the sealing strip located on the top/bottom and middle of the baffle, but it causes the increasement of the pressure drop. In this paper, the effects of the location and size of the sealing strips and flow rate through the heat exchanger on the heat transfer and pressure drop are studied.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권4호
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pp.648-656
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2004
In this study, a highly efficient shell-and-tube heat exchanger with plate fins is considered to improve thermal performance of the conventional shell-and-tube heat exchanger. This type of shell-and-tube heat exchanger with plate fins of various shape is simulated three-dimensionally using a commercial thermal-fluid analysis code. CFX4.4. The effect of the shape of the plate fin on heat transfer characteristics is also investigated by the simulation. Plate fins of four different shapes. plane, plane-slit. wave. and wave-slit fins, are considered. The flow fields, pressure drop and heat transfer characteristics in the heat exchanger are calculated. It is proved that the shell-and-tube heat exchanger with plate fins is superior to the conventional shell-and-tube heat exchanger without plate fins in terms of heat transfer. The shape of the plate fin is important in the performance of a heat exchanger such as heat transfer and pressure drop.
The numerical simulations on the heat transfer and flow field were carried out for the improvement of the performance of the shell and tube heat exchanger. The steady incompressible 3-D Navier-Stokes solution is obtained with the actual operational condition and geometry of the heat exchanger. The present geometry of the heat exchanger causes poor heat transfer since the air inside shell dose not flow through the tube bundle, but around it. The enhancement of the heat transfer can be achieved by the variation of the design factor like the sealing strip located on the top/bottom and middle of the baffle.
An experimental study was carried on the characteristics of fluid flow and heat transfer in a fluidized bed shell-and-tube type heat exchanger with corrugated tubes. Seven different solid particles having same volume were circulated in the tubes. The effects of various parameters such as water flow rates, particle geometries and materials, and geometries of corrugated tubes on relative velocities and drag coefficients were investigated. The present work showed that the drag force coefficients of particles in the corrugated tubes were usually lower than those in the smooth tubes, meanwhile the relative velocities between particles and water in the corrugated tubes were little higher than those in the smooth tubes except the glass.
The numerical analysis by using CFX 11.0 commercial code was done for prediction of fluid flow and thermal field in the vertical heat exchanger. The present experimental studies were also conducted to investigate the effects of circulating solid particles on the fluid flow and temperatures in the fluidized bed vertical shell and tube type heat exchanger with counterflow, at which the solid particles of glasses (3 $mm{\Phi}$) were used in the fluidized bed with a smooth tube. The effect of circulation on the distance(L) of tube inlet and baffle plate was also examined. The present experimental and numerical results showed that the particles in the distance (Ds) of 15 mm showed a more efficient circulation without stacked the space and the LMTD(Log Mean Temperature Difference) in the fluidized bed type was much lower than that in the typical type shell and tube heat exchanger.
Our lab designs a heat exchangers for hydrogen gas. Coolant is water, thus it is very difficult to determine heat transfer parameters in this gas-liquid system. Repeated experiments gives overdesign value 6.06%, overall heat transfer coefficient 36.32 ($kcal/m^2-hr-^{\circ}C$) for Hydrogen. Theoretically determined overall heat transfer coefficient is 38.44 ($kcal/m^2-hr-^{\circ}C$). Our lab simulated this system and overdesign 30.4% shows good match with this experiment by HTRI. These parameters are in same range with literature.
Our lab designs a heat exchangers for air and carbondioxide gas. Coolant is water, thus it is very difficult to determine heat transfer parameters in this gas-liquid system. Repeated experiments gives overdesign value 35%, overall heat transfer coefficient $33.8(kcal/m2-hr-^{\circ}C)$ for carbondioxide. Another series of experiments determine overdesign 18.7%, overall heat transfer coefficient $21.4(kcal/m2-hr-^{\circ}C)$ for Air. These parameters are in same range of literature. Overdesign is increasing as tube length increases, also increases as wall thickness of heat exchanger increases. To get proper fluid linear velocity in heat exchanger, we change the diameter of tube and finally we can have optimum fluid linear velocity in the heat exchanger.
Fouling of heat exchangers is generated by water-borne deposits, commonly known as foulants including particulate matter from the air, migrated corrosion produces; silt, clays, and sand suspended in water; organic contaminants; and boron based deposits in plants. The fouling is known to interfere with normal flow characteristics and reduce thermal efficiencies of heat exchangers. This paper describes the fouling analysis technique developed in this study which can analyze the thermal performance for heat exchangers and estimate the future fouling variations. To develop the fouling analysis technique fur heat exchangers, fouling factor was introduced based on the ASME O&M codes and TEMA standards. For the purpose or verifying the fouling analysis technique, the routing analyses were performed for four heat exchangers in several nuclear power plants; two residual heat removal heat exchangers of the residual heat removal system and two component cooling water heat exchangers of the component cooling water system.
본 연구에서는 제철소의 슬러지 소각로 배가스의 냉각을 위한 열교환기에서의 가스측 파울링 현상의 측정 및 분석에 대한 연구를 수행하였다. 소각로 배가스는 열교환기의 수직 전열관을 통과하면서 냉각되며 동시에 연소용 공기를 예열한다. 이러한 열교환기의 파울링은 주로 열교환기 입구에 발생하여, 본 연구에서는 열교환기의 입구 형태와 비슷한 형상의 오염다공판을 사용하여 슬러지 소각로 배가스의 파울링 현상을 측정하였으며, 부착분진에 대한 특성분석을 수행하였다. 분석 결과, 분진 부착율은 온도와 분진성분 및 분진크기에 영향을 받으며, 또한 오염다공판의 위치에 따라 부착형태가 다르게 나타났다. 또한 전산 해석을 통하여 오염다공판의 구멍 크기에 따라 분진부착율이 변하는 것을 알 수 있었다. 그리고 오염다공판을 사용하여 다관식 원통형 열교환기의 입구에서의 파울링 특성을 측정할 수 있음을 확인하였다.
As operating time of heat exchangers progresses, fouling generated by water-borne deposits and the number of plugged tubes increase and thermal performance decreases. Both fouling and tube plugging are known to interfere with normal flow characteristics and to reduce thermal efficiencies of heat exchangers. The heat exchangers of domestic nuclear power plants have been analyzed in terms of the heat flux and heat transfer coefficient at test conditions as a means of heat exchanger management. Except for the fouling level generated in operation of heat exchangers, also, all of the tubes of heat exchangers have been replaced when the number of plugged tubes exceeds the plugging criteria based on design performance sheet. This paper describes the plugging margin evaluation mettled reflected the fouling of shell-and-tube heat exchangers, which can evaluate the thermal performance for heat exchangers, estimate the future fouling variations, and reflect the current fouling level. To identify the effectiveness of the developed method, the fouling and plugging margin evaluations were performed for a component cooling heat exchanger in a nuclear power plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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