Fulltext

The Optimal Spacing between Finned Tubes Cooled by Free Convection Using Constructal Theory

Ahmed Waheed Mustafa --- Mays Munir Ismael

AL-NAHRAIN JOURNAL FOR ENGINEERING SCIENCES مجلة النهرين للعلوم الهندسية
ISSN: 25219154 / eISSN 25219162 Year: 2017 Volume: 20 Issue: 4 Pages: 815-822
Publisher: Al-Nahrain University جامعة النهرين

Abstract

The optimal spacing between finned tubes cooled by free convection is studied numerically. A row of isothermal finned tubes are installed in a fixed volume and the spacing between them is selected according to the constructal theory (Bejan's theory). In this theory the spacing between the tubes is chosen such that the heat transfer density is maximized. A finite volume method is employed to solve the governing equations; SIMPLE algorithm with collocated grid is utilized for coupling between velocity and pressure. The range of Rayleigh number is (103 ≤ Ra ≤ 105), the range of the tube position is (0.25 ≤  ≤ 0.75), and the working fluid is air (Pr =0.71). The results show that the optimal spacing decreases as Rayleigh number increases for all tube positions, and the maximum density of heat transfer increases as the Raleigh number increases for all tube positions and for Ra=105 the highest value of heat transfer density occurs at tube position ( =0.75) while the lowest value occurs at tube position ( =0.25). The results also show that the optimal spacing remains constant with change of the tube position at constant Rayleigh number.

البعد الامثل بين انابيب مزعنفة مبردة بالحمل الحر درس عدديا. صف من الانابيب المزعنفة ثابتة درجة الحرارة نصبت في حجم محدد والبعد بينهم اختير بموجب نظرية التشييد (نظرية بيجان). في هذة النظرية البعد اختير بحيث تكون كثافة انتقال الحرارة اقصى ما يمكن. طريقة الحجم المحدد استخدمت لحل المعادلات الحاكمة, خوارزمية SIMPLE مع شبكة متحدة الموقع استخدمت للربط بين السرعة والضغط. مدى رقم رايلي (103 ≤ Ra ≤ 105) , مدى موقع الانبوب(0.25 ≤  ≤ 0.75) ومائع التشغيل هو الهواء (Pr=0.7). بينت النتائج ان البعد الامثل يقل مع زيادة رقم رايلي لكل مواقع الانبوب وعند Ra=105القيمة العليا لكثافة انتقال الحرارة العظمى تحدث عند موقع الانبوب (=0.75) , وقيمتها السفلى تحدث عند موقع الانبوب (=0.25).بينت النتائج ايضا ان البعد الامثل يبقى ثابت مع تغير موقع الانبوب عند رقم رايلي ثابت.

Keywords

Constructal theory --- optimal spacing --- finned tubes --- natural convection