بررسی اثر فاصله بین لوله‏ ها بر عملکرد حرارتی مبدل گرمائی زمین به هوا با لوله‌های موازی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در این پژوهش، عملکرد حرارتی مبدل زمین به هوا با سه لوله موازی بصورت سه بعدی شبیه‏سازی شده است. اشباع حرارتی خاک در مبدل مورد نظر با طول 30 متر و عمق دفن 3 متر در شهر تهران با در نظر گرفتن مقادیر واقعی دمای ساعتی محیط بیرون بررسی شده است. هدف پژوهش بررسی تاثیر فاصله بین لوله‏ها بر اشباع حرارتی خاک پیرامون لوله‏ها و در نتیجه تاثیر آن بر دمای خروجی از لوله‏ها و نرخ انتقال حرارت کلی است. تاثیر فاصله مرکز تا مرکز لوله‌ها بر دمای خروجی و نرخ انتقال حرارت از هوا به خاک به ازای دبیkg/s 1/0 در طول دوره سرمایش بررسی شده است. نتایج نشان داد در روزهای اول کارکرد، دمای هوای خروجی از لوله وسط و کناری تغییر چندانی نمی‌کند؛ ولی با گذشت زمان مقدار دمای هوا در لوله وسط نسبت به لوله کناری به مقدار کمتری کاهش می‌یابد. فاصله مراکز لوله‌ها تاثیر بسزایی در دمای خروجی از لوله وسط و کناری بخصوص بعد از گذشت چند روز از عملکرد سیستم دارد. با افزایش فاصله بین لوله‌ها از 25 به 50، 75 و 100 سانتی‏متر مقدار، انتقال حرارت از لوله وسط در دبی kg/s 1/0 به ترتیب 5/14%، 5/26 و 6/35% افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of the distance between the pipes on the thermal performance of multi-pipe earth-to-air heat exchangers with parallel pipes

نویسندگان [English]

  • Amin Hadidi 1
  • Hamed Mousavi 2
  • Asgar Minaei 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Islamic Azad Univ., Ahar branch, Ahar, Iran
3 Assistant professor, Department of Mechanical Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

In this research, the thermal performance of the earth -to-air exchanger with three parallel pipes is simulated in 3D. The thermal saturation of the soil in the considered exchanger with a length of 30 m and a burial depth of 3 m in Tehran city has been investigated. The aim of the research is to investigate the effect of the distance between the pipes on the thermal saturation of the around soil consequently, its effect on the exit temperature and the overall heat transfer rate. The results showed that in the first days of operation, the temperature of the air exiting from the middle and side pipes does not change much; But with the passage of time, the temperature of the air in the middle pipe decreases to a smaller amount than the side pipes. The distance between the pipes has a significant effect on the outlet temperature of the middle and side pipes, especially after a few days of system operation. By increasing the distance between the pipes from 25 to 50, 75 and 100 cm, the heat transfer amount from the middle pipe at a flow rate of 0.1 kg/s increases by 14.5%, 26.5 and 35.6%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • earth-to-air heat exchanger
  • thermal saturation
  • parallel arrangement
  • numerical simulation
  • Tehran climate

مراجع

[1] Reza Fathipour and Amin Hadidi. “Analytical solution for the study of time lag and decrement factor for building walls in climate of Iran”. Energy 134 (2017): 167-180.
[2] Amin Hadidi, Mehdi Maerefat and Amin Davari. “Analytical determination of time lag and decrement factors for walls in tehrans climate”. Sharif Journal of Mechanical Engineering 30.3. no. 2.1 (2014): 39-46. (inPersian)
[3] M. H. Esfe, S. Alidoust, S. Esfandeh, D. Toghraie, H. Hatami, M.H. Kamyab and E.M. Ardeshiri. “Theoretical -Experimental study of factors affecting the thermal conductivity of SWCNT-CuO (25:75)/water nanofluid and challenging comparison with CuO nanofluids/water”. Arabian Journal of Chemistry 16 (2023): 104689.
[4] M. H. Esfe, S. N. H. Tamrabad, H. Hatami, S. Alidoust and D. Toghraie. “Using the RSM to evaluate the rheological behavior of SiO2 (60%) - MWCNT (40%)/SAE40 oil hybrid nanofluid and investigating the effect of different parameters on the viscosity”. Tribology International 184 (2023): 108479.
[5] M. H. Esfe, S. M. Motallebi, H. Hatami, M. K. Amiri, S. Esfandeh and D. Toghraie. “Optimization of density and coefficient of thermal expansion of MWCNT in thermal oil nanofluid and modeling using MLP and response surface methodology”. Tribology International 183 (2023): 108410.
[6] Amin Hadidi. “Effect of strength and direction of external magnetic field on dynamics of vortices in a square Lid-driven cavity flow”. Journal of Process Mechanical Engineering 235. no. 5 (2021): 1315–1325.
[7] K. H. Lee and R. K. Strand. “The cooling and heating potential of an earth tube system in buildings”. Energy and Buildings 40 (2008): 486-494.
[8] N. Rosa, N. Soares, J. J. Costa, P. Santos, and H. Gervásio. “Assessment of an earth-air heat exchanger (EAHE) system for residential buildings in warm-summer Mediterranean climate”. Sustainable Energy Technologies and Assessments 38 (2020): 100649.
[9] L. Ramírez-Dávila, J. Xamán, J. Arce, G. Álvarez, and I. Hernández-Pérez. “Numerical study of earth-to-air heat exchanger for three different climates”. Energy and Buildings 76 (2014): 238–248.
[10] D. Qi, S. Li, C. Zhao, W. Xie and A. Li. “Geothermics Structural optimization of multi-pipe earth to air heat exchanger in greenhouse”. Geothermics 98 (2021): 1–12, 2022.
[11] Amin. Hadidi. “Optimal sizing of louvered fin flat tube car radiator to achieve maximum cooling capacity”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 236. Issue. 17 (2022): 9828-9844.
[12] Amin Hadidi. “Optimization of electrically separated two-stage thermoelectric refrigeration systems using chemical reaction optimization algorithm”. Applied Thermal Engineering 123 (2017): 514-526.
[13] Amin Hadidi. “A novel approach for optimization of electrically serial two-stage thermoelectric refrigeration systems using chemical reaction optimization (CRO) algorithm”. Energy 140 (2017): 170-184.
[14] Amin Hadidi. “Biogeography-Based Optimization Algorithm for Optimization of Heat Exchangers”, Application of Metaheuristics in Process Engineering, Springer International publishing Switzerland, 2014, 219-254.
[15] Amin Hadidi, “A robust approach for optimal design of plate fin heat exchangers using biogeography based optimization (BBO) algorithm”. Applied Energy 150 (2015): 196-210.
[16] Amin Hadidi, Mojtaba Hadidi and Ali Nazari. “A new design approach for shell-and-tube heat exchangers using imperialist competitive algorithm (ICA) from economic point of view”. Energy Conversion and Management 67 (2013): 66-74.
[17] Amin Hadidi and Ali Nazari. “Design and economic optimization of shell-and-tube heat exchangers using biogeography-based (BBO) algorithm”. Applied Thermal Engineering 51 (2013): pp. 1263-1272.
[18] N. Benrachi, M. Ouzzane, A. Smaili, L. Lamarche, M. Badache and W. Maref. “Numerical parametric study of a new earth-air heat exchanger configuration designed for hot and arid climates”. International Journal of Green Energy 17. no. 2 (2020): 115-126.
[19] Weather Data by Region, Available: https://energyplus.net/weather/sources.
[20] T. Kusuda and P. R. Achenbach. “Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States”. National Bureau of Standards Gaithersburg MD., 1965.
[21] A. Minaei, M. Bagheri, M. Maerefat and H. Ghaebi. “Thermal Performance Evaluation of Earth-to-Air Heat Exchanger Using a Semi-Transient Analytical Model”. Journal of Mechanical Engineering 52. no. 1 (2022): 139-148.
[22] J. Vaz, M. A. Sattler, D. Elizaldo, and L. A. Isoldi. “Experimental and numerical analysis of an earth – air heat exchanger”. Energy and Building 43. no. 9 (2011): 2476–2482.
[23] V. F. Hermes, J. V. A. Ramalho, L. A. O. Rocha, E. D. Dos Santos, W. C. Marques, J. Costi, M. K. Rodrigues and L. A. Isoldi. “Further realistic annual simulations of earth-air heat exchangers installations in a coastal city”. Sustainable Energy Technologies and Assessments 37 (2019): 100603. 00603.
مدل سازی در مهندسی
دوره 21، شماره 75
دی 1402
صفحه 147-159

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 21 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 27 خرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار