Numerical optimisation of vortex generators in fin and tube heat exchangers
Translated title
Numerisk optimering af vortexgeneratorer i finne og rør varmevekslere
Authors
Nielsen, Palle Lang ; Fries, Florian Marcus
Term
4. semester
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-05-31
Pages
111
Abstract
Afhandlingen undersøger, hvordan virvelgeneratorer (små finner, der skaber hvirvler i strømningen) bedst kan dimensioneres og placeres for at forbedre ydelsen i lamel- og rørvarmevekslere. Arbejdet bygger på computersimuleringer af strømning og varmeoverførsel (CFD) med konjugeret varmeoverførsel, som modellerer både væske og faste materialer, samt numerisk optimering med en erstatningsmodel (surrogate model) og en genetisk algoritme. Fem parametre blev undersøgt: angrebsvinkel, virvelgeneratorens længde og højde samt x- og y-placering i forhold til rørcenteret. Optimeringen fandt en konfiguration, der øgede varmeoverførslen med ca. 24% og gav et trykfald, der kun steg med ca. 7% i forhold til en glat lamelgeometri. Sammenligning med CFD-modellen viste små afvigelser: 1,91% for tabskoefficienten og 0,06% for Nusselt-tallet (et mål for konvektiv varmeoverførsel).
This thesis investigates how to size and place vortex generators (small fins that create swirling flow) to improve the performance of fin-and-tube heat exchangers. The study uses computational fluid dynamics (CFD) with conjugate heat transfer to model both the fluid and the solid, and numerical optimization based on a surrogate model and a genetic algorithm. Five parameters were examined: angle of attack, vortex-generator length and height, and the x- and y-position relative to the tube center. The optimization identified a configuration that increased heat transfer by about 24% while raising pressure drop by about 7% compared with a plain fin geometry. Comparison with the CFD model showed small deviations: 1.91% for the loss coefficient (a measure of pressure losses) and 0.06% for the Nusselt number (a measure of convective heat transfer).
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents