การจำลองเชิงตัวเลขของการไหลแบบราบเรียบและ
ลักษณะการถ่ายเทความร้อนในท่อกลมที่มีการติดตั้งแผ่นเกลียว
Numerical Simulation of Laminar Flow and
Heat Transfer Characteristics in a Tube with
Helical Tape Inserts
พิทักษ์ พร้อมไธสง ปรัชญา สำรวยสินธุ์
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร
140 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพมหานคร 10530
Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

สุภัทรชัย สุวรรณพันธุ์
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตขอนแก่น
150 ถนนศรีจันทร์ ตำบลในเมือง อำเภอเมือง จังหวัดขอนแก่น 40000

สุริยา โชคเพิ่มพูน
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะอุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตสกลนคร
199 หมู่ 3 ถนนพังโคน-วาริชภูมิ ตำบลพังโคน อำเภอพังโคน จังหวัดสกลนคร 47160

และ สมิทธ์ เอี่ยมสอาด
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร
140 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพมหานคร 10530
Manuscript received September 18, 2015
Revised June 6, 2016



บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาโดยใช้แบบจำลองเชิงตัวเลขของการถ่ายเทความร้อนสำหรับการไหลแบบราบเรียบในท่อกลมที่มีการติดตั้งแผ่นเกลียวเพื่อสร้างการไหลหมุนควง การคำนวณใช้วิธีปริมาตรสืบเนื่องและเลือกลำดับวิธีหาผลเฉลยแบบ SIMPLE โดยทำการศึกษาในช่วงการไหลที่ค่า Re = 100-2000 กำหนดให้ผิวท่อมีความร้อนแบบอุณหภูมิผิวคงที่ ความกว้างของแผ่นเกลียวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (width ratio, w/D, WR) เท่ากับ 0.1 ระยะของการบิดของแผ่นเกลียวเมื่อบิดไป 360o ต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (pitch ratio, p/D, PR) เท่ากับ 2.0 และมีจำนวนแผ่นเกลียว (n) เท่ากับ 1, 2, 3 และ 4 แผ่น จากผลการวิจัยด้วยแบบจำลองเชิงตัวเลขแสดงให้เห็นว่าเมื่อทำการติดตั้งแผ่นเกลียวจะทำให้ของไหลบริเวณกลางท่อเกิดการหมุนควงไปยังบริเวณใกล้กับผนังท่อ ส่งผลให้ชั้นอุณหภูมิร้อนของของไหลที่อยู่ใกล้กับผนังท่อบางลง ทำให้การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับท่อผิวเรียบ และพบว่าการเพิ่มขึ้นของจำนวนแผ่นเกลียวส่งผลให้ค่าการถ่ายเทความร้อนลดลงในขณะที่ตัวประกอบเสียดทานเพิ่มขึ้น และพบว่าจำนวนแผ่นเกลียว 1 แผ่น ให้ค่าสมรรถนะเชิงความร้อนสูงที่สุดเท่ากับ 1.71 ที่ค่า Re=2000

คำสำคัญ: ตัวประกอบเสียดทาน, การถ่ายเทความร้อน, การไหลแบบราบเรียบ, แผ่นเกลียว, การจำลองเชิงตัวเลข

ABSTRACT
The laminar flow and heat transfer enhancement characteristics in a tube fitted with helical tape swirl generators, have been numerically studied in the present work. The computations were based on the finite volume method and the SIMPLE algorithm. The helical tape swirl generators with different numbers of helical tape (n = 1, 2, 3 and 4) were examined. The width ratio (w/D) and pitch ratio (p/D) were kept constant at 1.0 and 2.0, respectively. The study was carried out for Reynolds numbers ranging between 100 and 2000, under a uniform wall temperature condition. The numerical result showed that a helical tape generated a swirl flow that conveyed fluid from core region to near tube wall zone and vice versa. The action helped to reduce a thickness of thermal boundary layer and facilitate heat transfer through the tube wall. As the helical tape number (n) increased, it was found that heat transfer rate decreased while friction factor increased. Among the investigated conditions, the highest thermal enhancement factor of 1.71 was achieved by the use of the helical tape with n = 1, at Re = 2000.

Keywords: Friction factor, heat transfer, helical tape, laminar flow, thermal enhancement

pdf01pdf File Size: 735.57 KB

 

mutengineer@gmail.com

Mahanakorn University of Technology

140 Moo 1, Cheum-Sampan Road, Nongchok, Bangkok, Thailand 10530

Tel: +(662)988-3655  Fax: +(662)988-4027

designed by sutit.ongart@gmail.com