พฤติกรรมความร้อนในช่องขนานเครื่องอุ่นอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีครีบสี่เหลี่ยมคางหมูวางรูปตัววีบนแผ่นดูดซับ
Thermal Behaviors in Solar Air Heater Channel with V-shaped Trapezoidal-ribs on Absorber Plate

พิทักษ์ พร้อมไธสง
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร กรุงเทพฯ 10530
Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

และ พงษ์เจต พรหมวงศ์
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง กรุงเทพฯ 10520
Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Manuscript received April 2, 2018
Revised June 12, 2018

บทคัดย่อ
ครีบสี่เหลี่ยมคางหมูวางรูปตัววีบนแผ่นดูดซับของเครื่องอุ่นอากาศพลังานแสงอาทิตย์แบบช่องขนาน เป็นครีบที่ได้รับการออกแบบใหม่ด้วยการนำข้อดีของผิวครีบเอียงทำมุมกับการไหลเพื่อลดตัวประกอบเสียดทานรวมกับการสร้างการไหลหมุนวนคู่ที่เกิดขึ้นเฉพาะในครีบจัดวางรูปตัววีเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนได้ถูกนำเสนอในงานวิจัยนี้ด้วยวิธีการจำลองเชิงตัวเลข 3 มิติ โดยมีการไหลในช่วงปั่นป่วนที่ค่าเลขเรย์โนล์ดเท่ากับ 3000-20,000 อัตราส่วนความสูงครีบ, HR=0.04, 0.06, 0.08 และ 0.10 อัตราส่วนระยะห่างระหว่างครีบ, PR=0.4, 0.6, 0.8 และ 1.0 และอัตราส่วนความกว้างของฐานครีบ, WR=0.10, 0.15 และ 0.20 คือตัวแปรที่จะศึกษา ที่มุมปะทะการไหลของครีบวางรูปตัววี (α) และค่าอัตราส่วนความกว้างของปลายครีบ (t/H) คงที่คือ 30o และ 0.05 ตามลำดับ ผลการจำลองพบว่าครีบสี่เหลี่ยมคางหมูวางรูปตัววีบนแผ่นดูดซับ ให้การไหลและการถ่ายเทความร้อนเข้าสู่การพัฒนาเต็มที่ที่ตำแหน่ง x/H=10 และพบว่าครีบสี่เหลี่ยมคางหมูวางรูปตัววีก่อให้เกิดการไหลแบบหมุนวนคู่แบบสวนทางกันเข้าสู่พื้นผิว ทำให้กระแสการไหลเกิดการกระแทกเข้ากับผนังของแผ่นดูดซับและรบกวนชั้นของไหลที่มีอุณหภูมิสูง อีกทั้งยังทำให้ของไหลเกิดการผสมกันได้ดีขึ้น ซึ่งพฤติกรรมนี้ทำให้การถ่ายเทความร้อนที่พื้นผิวเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของค่า HR และการลดลงของค่า PR และ WR ส่งผลให้ประกอบเสียดทานเพิ่มขึ้น ในขณะที่การเพิ่มขึ้นของการถ่ายเทความร้อนจะขึ้นอยู่กับทั้งค่า HR, PR และ WR ในช่วงที่ทำการศึกษาพบว่าครีบสี่เหลี่ยมคางหมูวางรูปตัววีบนแผ่นดูดซับให้ค่าอัตราส่วนเลขนัสเซิล์ท ค่าอัตราส่วนตัวประกอบเสียดทาน และสมรรถนะเชิงความร้อนในช่วง 1.16-4.57, 1.78-10.44 และ 0.84-2.53 เท่า เมื่อเทียบกับแผ่นดูดซับผิวเรียบตามลำดับ โดยกรณี HR=0.08, PR=0.6 และ WR=0.20 ให้ค่าสมรรถนะเชิงความร้อนและค่าอัตราส่วนเลขนัสเซิล์ทสูงสุดที่ 2.53 และ 4.57 ตามลำดับ ที่เลขเรย์โนล์ดเท่ากับ 3000

คำสำคัญ: การไหลแบบปั่นป่วน การถ่ายเทความร้อน เครื่องอุ่นอากาศพลังานแสงอาทิตย์แบบช่องขนาน ครีบสี่เหลี่ยมคางหมู

ABSTRACT
A V-shaped trapezoidal-rib placed on the absorber plate of a channel solar air heater is a newly design with the benefit combination between the inclined-surface of rib sides to reduce the friction factor and V-shaped ribs to create counter-rotating vortices for increasing the heat transfer rate is presented using the 3D numerical method. The rib height ratio, HR=0.04, 0.06, 0.08 and 0.10, pitch ratio, PR=0.4, 0.6, 0.8 and 1.0, base-rib wide ratio, WR=0.10, 0.15 and 0.20 at a constant attack angle, α=30o and rib-tip wide ratio, t/H=0.05 are parameters of interest in investigating in the turbulent region with Reynolds number, Re=3000-20,000. The numerical results revealed that the V-shaped trapezoidal-rib absorber gives the fully developed periodic flow and heat transfer at x/H=10. The V-shaped trapezoidal-rib absorber generates the counter-rotating-vortices in the form of common-flow-down vortices leading to the induction of impinging flow on the absorber surface apart from disrupting the thermal boundary layer and increasing the fast fluid mixing. These phenomena result in the greater increase of the heat transfer rate. The rise of HR and the decrease of PR and WR provide the increment of friction factor while the increase of the heat transfer depends on HR, PR and WR values. In the range investigated, the Nu/Nu0, f/f0 and TEF are in the range of 1.16-4.57, 1.78-10.44 and 0.84-2.53, respectively. At HR=0.08, PR=0.6 and WR=0.20 the highest TEF and Nu/Nu0 are found to be around 2.53 and 4.57 at Re=3000, respectively.

Keyword: turbulent flow, heat transfer, solar air heater channel, trapezoidal-rib

pdf-iconpdf File Size: 3.94 MB

 

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