An experimental study exploring heat transfer enhancement in tube in tube heat exchanger with pulsating flow

• DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123149
• Publication Date: 2024-04-09T16:16:53Z
• Authors: Abdullah Alrashidi; Osama A. Gaheen; Ismail M.M. Elsemary; Ernesto Benini; Mohamed A. Aziz
• Keywords: Composite material; Mechanical Engineering; Physics; Microchannel Heat Transfer and Cooling Technology; Heat transfer enhancement; FOS: Mechanical engineering; Experimental investigation; Heat exchanger; Heat transfer; Parallel and counter flow; Pulsate flow; Shell and tube heat exchanger; Mechanics; Concentric tube heat exchanger; Materials science; Mechanical engineering; Tube (container); Engineering; Heat exchanger; Physical Sciences; Heat transfer; Solar Air Heater Heat Transfer Analysis; Thermodynamics; Heat transfer coefficient; Fundamental Issues in Flow Boiling Heat Transfer; Flow (mathematics)

Rationalizing power consumption is crucial in air conditioning and refrigeration design. This study focuses on improving the coefficient of performance (COP) by applying pulsating flow. Experimental trials compared continuous counter and counter pulsating flow to continuous parallel flow, showing a 10% reduction in fluid temperature with continuous counter flow and a 20% reduction with counter pulsating flow. Sensible water heat rejection increased by 10.03% and 19.78% with continuous counter flow and counter pulsating flow, respectively. Overall heat transfer coefficient improved by 57.5% and 75% with continuous counter flow and counter pulsating flow. Effectiveness increased by 4.55% and 10.6%, while COP increased by 4.52% and 13.4% with continuous counter flow and counter pulsating flow, respectively. This research demonstrates the potential of pulsating flow techniques to enhance air conditioning and refrigeration efficiency.<br/>يعد ترشيد استهلاك الطاقة أمرًا بالغ الأهمية في تصميم تكييف الهواء والتبريد. تركز هذه الدراسة على تحسين معامل الأداء (COP) من خلال تطبيق التدفق النابض. قارنت التجارب التجريبية التدفق العكسي المستمر والتدفق النبضي العكسي بالتدفق المتوازي المستمر، مما أظهر انخفاضًا بنسبة 10 ٪ في درجة حرارة السائل مع التدفق العكسي المستمر وانخفاضًا بنسبة 20 ٪ مع التدفق النبضي العكسي. زاد رفض حرارة الماء المحسوسة بنسبة 10.03 ٪ و 19.78 ٪ مع التدفق العكسي المستمر والتدفق النبضي العكسي، على التوالي. تحسن معامل نقل الحرارة بشكل عام بنسبة 57.5 ٪ و 75 ٪ مع التدفق المضاد المستمر والتدفق النابض المضاد. وزادت الفعالية بنسبة 4.55 ٪ و 10.6 ٪، في حين زادت COP بنسبة 4.52 ٪ و 13.4 ٪ مع التدفق العكسي المستمر والتدفق النابض العكسي، على التوالي. يوضح هذا البحث إمكانات تقنيات التدفق النابض لتعزيز كفاءة تكييف الهواء والتبريد.<br/>La racionalización del consumo de energía es crucial en el diseño de aire acondicionado y refrigeración. Este estudio se centra en mejorar el coeficiente de rendimiento (COP) mediante la aplicación de flujo pulsante. Los ensayos experimentales compararon el contraflujo continuo y el contraflujo pulsante con el flujo paralelo continuo, mostrando una reducción del 10% en la temperatura del fluido con el contraflujo continuo y una reducción del 20% con el contraflujo pulsante. El rechazo sensible del calor del agua aumentó en un 10,03% y un 19,78% con contraflujo continuo y contraflujo pulsante, respectivamente. El coeficiente general de transferencia de calor mejoró en un 57,5% y un 75% con contraflujo continuo y contraflujo pulsante. La efectividad aumentó en 4.55% y 10.6%, mientras que el COP aumentó en 4.52% y 13.4% con contraflujo continuo y contraflujo pulsante, respectivamente. Esta investigación demuestra el potencial de las técnicas de flujo pulsante para mejorar la eficiencia del aire acondicionado y la refrigeración.<br/>La rationalisation de la consommation d'énergie est cruciale dans la conception de la climatisation et de la réfrigération. Cette étude se concentre sur l'amélioration du coefficient de performance (COP) en appliquant un flux pulsé. Des essais expérimentaux ont comparé l'écoulement pulsé continu à l'écoulement parallèle continu, montrant une réduction de 10 % de la température du fluide avec un contre-écoulement continu et une réduction de 20 % avec un contre-écoulement pulsé. Le rejet sensible de chaleur de l'eau a augmenté de 10,03 % et de 19,78 % avec un contre-courant continu et un contre-courant pulsé, respectivement. Le coefficient global de transfert de chaleur s'est amélioré de 57,5 % et de 75 % avec un contre-courant continu et un contre-courant pulsé. L'efficacité a augmenté de 4,55 % et 10,6 %, tandis que le COP a augmenté de 4,52 % et 13,4 % avec un contre-courant continu et un contre-courant pulsé, respectivement. Cette recherche démontre le potentiel des techniques d'écoulement pulsé pour améliorer l'efficacité de la climatisation et de la réfrigération.<br/>