Un estudio numérico y experimental integral sobre la mejora del rendimiento térmico de un intercambiador de calor de carcasa y bobinas helicoidales utilizando nanofluidos magnéticos híbridos y aletas tipo espiral porosas
Autores: Bacak, Ahmet Yaz; Khanlari, Ataollah; Tuncer, Azim Dou; Sözen, Adnan; Variyenli, Halil brahim; Vafai, Kambiz
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un estudio numérico y experimental integral sobre la mejora del rendimiento térmico de un intercambiador de calor de carcasa y bobinas helicoidales utilizando nanofluidos magnéticos híbridos y aletas tipo espiral porosas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Novela
Intercambiadores de calor de carcasa y de bobina helicoidal
Aletas en espiral
Transferencia de calor
Rendimiento térmico
Hallazgos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, se ha estudiado numérica y experimentalmente un nuevo tipo de intercambiadores de calor de carcasa y bobina helicoidal (SHCHEXs) que se utilizan extensamente en numerosas aplicaciones. Se ha desarrollado un diseño de bajo costo y fácilmente aplicable para mejorar la tasa de intercambio de calor en un intercambiador de calor de carcasa y bobina helicoidal en el marco de este estudio. En este contexto, se ha desarrollado un SHCHEX con un tubo guía interno y aletas formadas en espiral con el propósito de dirigir el fluido en el circuito frío sobre la bobina donde fluye el fluido caliente. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas en este estudio para determinar cómo los nuevos cambios, incluyendo aletas en espiral no porosas y porosas, afectaron la transferencia de calor en el sistema. En la parte experimental de la investigación actual, se ha fabricado un intercambiador de calor con un tubo guía y aletas en espiral no porosas, y se ha probado su comportamiento térmico en diversas condiciones utilizando agua y un nanofluido híbrido de tipo MnFe2O4-ZnFe2O4/agua. Tanto los hallazgos numéricos como experimentales de esta investigación mostraron efectos positivos del uso de nuevas modificaciones, incluyendo la integración de aletas en espiral. Los hallazgos generales de este trabajo mostraron claramente un efecto significativo de la modificación de las aletas en espiral y la utilización del nanofluido magnético híbrido MnFe2O4-ZnFe2O4/agua en la mejora del rendimiento térmico en el intercambiador de calor. Los hallazgos determinados experimentalmente mostraron que el uso de MnFe2O4-ZnFe2O4/agua en el circuito caliente del SHCHEX mejoró el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor en un promedio del 16.2%. Además, la variación media entre la temperatura de salida obtenida experimentalmente y la alcanzada numéricamente fue del 3.9%.
Descripción
En este trabajo, se ha estudiado numérica y experimentalmente un nuevo tipo de intercambiadores de calor de carcasa y bobina helicoidal (SHCHEXs) que se utilizan extensamente en numerosas aplicaciones. Se ha desarrollado un diseño de bajo costo y fácilmente aplicable para mejorar la tasa de intercambio de calor en un intercambiador de calor de carcasa y bobina helicoidal en el marco de este estudio. En este contexto, se ha desarrollado un SHCHEX con un tubo guía interno y aletas formadas en espiral con el propósito de dirigir el fluido en el circuito frío sobre la bobina donde fluye el fluido caliente. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas en este estudio para determinar cómo los nuevos cambios, incluyendo aletas en espiral no porosas y porosas, afectaron la transferencia de calor en el sistema. En la parte experimental de la investigación actual, se ha fabricado un intercambiador de calor con un tubo guía y aletas en espiral no porosas, y se ha probado su comportamiento térmico en diversas condiciones utilizando agua y un nanofluido híbrido de tipo MnFe2O4-ZnFe2O4/agua. Tanto los hallazgos numéricos como experimentales de esta investigación mostraron efectos positivos del uso de nuevas modificaciones, incluyendo la integración de aletas en espiral. Los hallazgos generales de este trabajo mostraron claramente un efecto significativo de la modificación de las aletas en espiral y la utilización del nanofluido magnético híbrido MnFe2O4-ZnFe2O4/agua en la mejora del rendimiento térmico en el intercambiador de calor. Los hallazgos determinados experimentalmente mostraron que el uso de MnFe2O4-ZnFe2O4/agua en el circuito caliente del SHCHEX mejoró el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor en un promedio del 16.2%. Además, la variación media entre la temperatura de salida obtenida experimentalmente y la alcanzada numéricamente fue del 3.9%.