Simulation of Shell-and-Tube Heat Exchanger as a Vapor Control Unit with different baffle angle
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
The transient behavior of heat exchangers has a dominant impact on the effectiveness of heat transfer in time-dependent thermal systems, especially in financial-limited scenarios and rapid heat sources. The present paper provides computational fluid dynamic (CFD) simulation for 2D model of shell-and-tube heat exchanger (STHE) in Ansys rendered environment. The tested 1200 mm in length STHE prototype consists of 2 baffles, 14 tubes with shell inside and tube outside diameter of 600 mm and 51 mm. In this simulation, the effect of baffle angles on outlet temperature of cold flow (TC,out), log mean temperature, pressure drop in the cold domain and hot domain were examined. Simulation of three different baffle angles (70, 80, 90˚) revealed that the TC,out was slightly changed and pressure drop in cold and hot domain were quite significant. The log mean temperature difference resulted from alteration of baffle angles from 90 to 70˚ were 91.26, 91.27, and 91.31 K, respectively. From this log mean temperature difference, the overall heat transfer coefficient at baffle angles of 90, 80 and 70˚ were 0.8678, 0.8680 and 0.8700 kW/m2K, respectively. The results demonstrated that using 70o baffle angle can achieve the highest heat transfer efficiency from the largest the LMTD and the overall heat transfer of the heat exchanger. The thermo-hydraulic performance of modeled heat exchanger from the simulation suggested that it can be used instead of the vapor recovery unit (VRU) that is currently employed in petroleum refineries.
Article Details
กองบรรณาธิการวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ มีความยินดีที่จะรับบทความจากอาจารย์ นักวิจัย นักวิชาการทั้งภายในและภายนอกมหาวิทยาลัย ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้แก่ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมถึงสาขาต่างๆ ที่มีการบูรณาการข้ามศาสตร์ที่เกี่ยวข้องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่เขียนเป็นภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษ ซึ่งผลงานวิชาการที่ส่งมาขอตีพิมพ์ต้องไม่เคยเผยแพร่ในสิ่งพิมพ์อื่นใดมาก่อน และต้องไม่อยู่ในระหว่างการพิจารณาของวารสารอื่น
การละเมิดลิขสิทธิ์ถือเป็นความรับผิดชอบของผู้ส่งบทความโดยตรง บทความที่ได้รับการตีพิมพ์ต้องผ่านการพิจารณากลั่นกรองคุณภาพจากผู้ทรงคุณวุฒิและได้รับความเห็นชอบจากกองบรรณาธิการ
ข้อความที่ปรากฏอยู่ในแต่ละบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการเล่มนี้ เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่าน ไม่เกี่ยวข้องกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพแต่อย่างใด ความรับผิดชอบด้านเนื้อหาและการตรวจร่างบทความแต่ละบทความเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะต้องรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์มิให้นำเนื้อหา หรือข้อคิดเห็นใดๆ ของบทความในวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ ไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตจากกองบรรณาธิการ อย่างเป็นลายลักษณ์อักษร ผลงานที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสาร
References
McKee RH, Trimmer GW, Whitman FT, et al. Assessment in rats of the reproductive toxicity of gasoline from a gasoline vapor recovery unit. Reprod Toxicol. 2000; 14(4):337-53.
Hadidi LA, AlDosary AS, Al-Matar AK, et al. An optimization model to improve gas emission mitigation in oil refineries. Journal of Cleaner Production. 2016; 118:29-36.
Webb G. Ensuring effective vapour recovery in oilfield storage. World Pumps. 2017; 2017(1):14-16.
Lu E, Zhang H, Zhu Z. A novel design for vapor recovery units. Comput Chem Eng. 2000; 24(2):1317-22.
Shin MS, Jeon YW. Effect of membrane selectivity and partial pressure on vapor removal and sensible heat recovery in membrane processes. Energy Procedia. 2017; 136:323-29.
Ma H, Yu G, She Y, et al. A parabolic solvent chamber model for simulating the solvent vapor extraction (VAPEX) heavy oil recovery process. J Petrol Sci Eng. 2017;149:465-75.
Kosgey KE, Kiambi SL, Cherop PT. Analysis of potassium nitrate purification with recovery of solvent through single effect mechanical vapor compression. S Afr J Chem Eng. 2017; 24:1-7.
Yang J, Fan A, Liu W, et al. Optimization of shell-and-tube heat exchangers conforming to TEMA standards with designs motivated by constructal theory. Energ Convers Manag. 2014; 78:468-476.
Markowski M, Trafczynski M, Urbaniec K. Identification of the influence of fouling on the heat recovery in a network of shell and tube heat exchangers. Appl Energ. 2013; 102:755-64.
You Y, Fan A, Lai X, et al. Experimental and numerical investigations of shell-side thermo-hydraulic performances for shell-and-tube heat exchanger with trefoil-hole baffles. Appl Therm Eng. 2013; 50(1):950-56.
Ambekar AS, Sivakumar R, Anantharaman N, et al. CFD simulation study of shell and tube heat exchangers with different baffle segment configurations. Appl Therm Eng. 2016;108: 999-1007.
Sadeghianjahromi A, Kheradmand S, Nemati H. Developed correlations for heat transfer and flow friction characteristics of louvered finned tube heat exchangers. Int J Therm Sci. 2018; 129:135-44.
Biglarian H, Abbaspour M, Saidi MH. Evaluation of a transient borehole heat exchanger model in dynamic simulation of a ground source heat pump system. Energy. 2018;147:81-93.
Rahimi A, Saee AD, Baghban A, et al. Double-MRT lattice Boltzmann simulation of natural convection in a C-shaped heat exchanger. Powder Tech. 2018;336:465-80.
Çengel YA, Ghajar AJ. Heat and Mass Transfer. 5th ed. United States of America: McGraw-Hill Education; 2015.
3D Heat Transfer Simulation & Thermal Analysis Software. ARRK Corporation.
Versteeg HK, Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. 2nd ed. England: Pearson Education Limited; 2007.
Pozrikidis C. Introduction to Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2nd ed. New York: Oxford University Press, Inc.; 2011.
Gao B, Bi Q, Nie Z, et al. Experimental study of effects of baffle helix angle on shell-side performance of shell-and-tube heat exchangers with discontinuous helical baffles. Exp Therm Fluid Sci. 2015; 68:48-57.