Numerical Study of Flow and Heat Transfer in a Single-Row Bundle of Horizontal Finned Tubes Under Conditions of Air Thermogravitational Convection

Abstract

The results of numerical modeling of airflow and heat transfer in a horizontally oriented single-row bundle consisting of six finned heated tubes under thermogravitational conditions are presented. The study is performed for the bundles with a compact tube arrangement and varying fin pitch. The cases without and with the rectangular exhaust shafts of different heights installed above the bundle have been investigated. For the most compact bundle configuration in the absence of a shaft in the considered range of moderate values of the Grashof number (up to 5:5 105), a good agreement was obtained between the calculated integral Nusselt number at the tube surface and experimental data taken from the literature. The combination of the fin pitch (spatial arrangement on the tubes) and the shaft height determined in computations allowed to obtain the optimal bundle design with the highest intensity of heat removal.

Представлены результаты численного моделирования воздушного потока и теплопередачи в горизонтально ориентированном однорядном пучке, состоящем из шести оребренных труб с подогревом, в условиях термогравитации. Исследование выполнено для пучков с компактным расположением труб и переменным шагом ребер. Были исследованы корпуса без прямоугольных вытяжных шахт разной высоты и с ними, установленные над пучком. Для наиболее компактной конфигурации пучка при отсутствии вала в рассматриваемом диапазоне умеренных значений числа Грасгофа (до 5:5105) было получено хорошее соответствие между рассчитанным интегральным числом Нуссельта на поверхности трубы и экспериментальными данными, взятыми из литературы. Сочетание шага ребер (пространственного расположения на трубах) и высоты вала, определенной в расчетах, позволило получить оптимальную конструкцию пучка с наибольшей интенсивностью отвода тепла.