Published February 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Effects of a novel hybrid turbulator tape on the thermohydraulic performance and irreversibility of a solar air heater

Creators

  • 1. Tunis El Manar University
  • 2. Tunis University
  • 3. King Faisal University
  • 4. Birla Institute of Technology and Science, Pilani
  • 5. Ramakrishna Mission Vivekananda Educational and Research Institute
  • 6. National Institute of Technology Durgapur

Description

Renewable energy from the sun has been a rapidly expanding field in recent years, because to its many advantages as a sustainable, cost-effective, and environmentally friendly power source. Energy drives economic growth and industrialization today. Air heating is a prominent solar energy utilization for space and process heating including washing, desalination, crop drying, and others. To improve energy efficiency, this study examined several designs of novel hybrid tape within an affordable solar-powered air heater. Solar air heaters can improve their heating efficiency by adding additional novel swirl generator. Many research have been done in this subject, however novel geometries are being proposed to better the heat transfer enhancement (HTE)-blowing power penalty tradeoff. Hybrid turbulator tapes are new, and there is no parametric investigation on their advantages. To cover this gap in this research, utilized air as the working fluid to investigate the pressure drop and heat transfer characteristics inside a uniformly heated circular tube with hybrid turbulator tape inserts. The aim was to cover the turbulent flow regime by varying the Reynolds number from 10,104 to 73,788. The thermohydraulic performance with pitch, length, and width ratios is investigated in this work. In comparison to a plain tube, it is observed an average increase of 91% and 39% in the Nusselt number and friction factor, respectively. This indicates a significant improvement in the tube's performance. It is also found that the important thermal performance factor exceeded one for all tape combinations. Novel correlations have also developed. With such encouraging results, using the tested turbulator in a solar air heater for improved performance is feasible.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كانت الطاقة المتجددة من الشمس مجالًا سريع التوسع في السنوات الأخيرة، نظرًا لمزاياها العديدة كمصدر طاقة مستدام وفعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة. تقود الطاقة النمو الاقتصادي والتصنيع اليوم. تسخين الهواء هو استخدام بارز للطاقة الشمسية لتسخين المساحات والعمليات بما في ذلك الغسيل وتحلية المياه وتجفيف المحاصيل وغيرها. ولتحسين كفاءة الطاقة، فحصت هذه الدراسة العديد من تصاميم الشريط الهجين الجديد داخل سخان هواء يعمل بالطاقة الشمسية بأسعار معقولة. يمكن لسخانات الهواء الشمسية تحسين كفاءة التدفئة الخاصة بها عن طريق إضافة مولد دوامة جديد إضافي. تم إجراء العديد من الأبحاث في هذا الموضوع، ومع ذلك يتم اقتراح أشكال هندسية جديدة لتحسين مقايضة عقوبة نقل الطاقة. أشرطة المروحية الهجينة جديدة، ولا يوجد تحقيق حدودي حول مزاياها. لتغطية هذه الفجوة في هذا البحث، استخدم الهواء كسائل عمل لفحص انخفاض الضغط وخصائص نقل الحرارة داخل أنبوب دائري مسخن بشكل موحد مع إدراج شريط هجين. كان الهدف هو تغطية نظام التدفق المضطرب عن طريق تغيير عدد رينولدز من 10,104 إلى 73,788. يتم التحقيق في الأداء الهيدروليكي الحراري مع نسب الملعب والطول والعرض في هذا العمل. وبالمقارنة مع الأنبوب العادي، لوحظ متوسط زيادة 91 ٪ و 39 ٪ في عدد نوسيلت وعامل الاحتكاك، على التوالي. يشير هذا إلى تحسن كبير في أداء الأنبوب. كما وجد أن عامل الأداء الحراري المهم تجاوز عاملاً واحدًا لجميع مجموعات الأشرطة. كما تطورت الارتباطات الجديدة. مع هذه النتائج المشجعة، فإن استخدام المروحية المختبرة في سخان هواء شمسي لتحسين الأداء أمر ممكن.

Translated Description (French)

L'énergie renouvelable provenant du soleil a connu une expansion rapide ces dernières années, en raison de ses nombreux avantages en tant que source d'énergie durable, rentable et respectueuse de l'environnement. L'énergie est aujourd'hui le moteur de la croissance économique et de l'industrialisation. Le chauffage de l'air est une utilisation importante de l'énergie solaire pour le chauffage des locaux et des processus, y compris le lavage, le dessalement, le séchage des cultures et autres. Pour améliorer l'efficacité énergétique, cette étude a examiné plusieurs conceptions de nouveaux rubans hybrides dans un réchauffeur d'air à énergie solaire abordable. Les réchauffeurs d'air solaires peuvent améliorer leur efficacité de chauffage en ajoutant un nouveau générateur de tourbillon supplémentaire. De nombreuses recherches ont été menées sur ce sujet, mais de nouvelles géométries sont proposées pour améliorer le compromis entre l'amélioration du transfert de chaleur (HTE) et la pénalité de puissance de soufflage. Les rubans de turbulateurs hybrides sont nouveaux, et il n'y a pas d'enquête paramétrique sur leurs avantages. Pour combler cette lacune dans cette recherche, l'air a été utilisé comme fluide de travail pour étudier les caractéristiques de perte de charge et de transfert de chaleur à l'intérieur d'un tube circulaire chauffé uniformément avec des inserts de ruban de turbulateur hybride. L'objectif était de couvrir le régime d'écoulement turbulent en faisant varier le nombre de Reynolds de 10 104 à 73 788. La performance thermohydraulique avec les rapports de pas, de longueur et de largeur est étudiée dans ce travail. Par rapport à un tube lisse, on observe une augmentation moyenne de 91% et 39% du nombre de Nusselt et du facteur de frottement, respectivement. Cela indique une amélioration significative des performances du tube. On constate également que le facteur de performance thermique important dépassait un pour toutes les combinaisons de bandes. De nouvelles corrélations se sont également développées. Avec de tels résultats encourageants, il est possible d'utiliser le turbulateur testé dans un aérotherme solaire pour améliorer les performances.

Translated Description (Spanish)

La energía renovable del sol ha sido un campo en rápida expansión en los últimos años, debido a sus muchas ventajas como fuente de energía sostenible, rentable y respetuosa con el medio ambiente. La energía impulsa el crecimiento económico y la industrialización en la actualidad. El calentamiento del aire es una utilización prominente de la energía solar para la calefacción de espacios y procesos, incluidos el lavado, la desalinización, el secado de cultivos y otros. Para mejorar la eficiencia energética, este estudio examinó varios diseños de cinta híbrida novedosa dentro de un calentador de aire con energía solar asequible. Los calentadores de aire solares pueden mejorar su eficiencia de calefacción añadiendo un nuevo generador de remolinos adicional. Se han realizado muchas investigaciones en este tema, sin embargo, se están proponiendo geometrías novedosas para mejorar la compensación de la penalización de potencia de transferencia de calor (HTE). Las cintas turbuladoras híbridas son nuevas y no hay investigación paramétrica sobre sus ventajas. Para cubrir este vacío en esta investigación, se utilizó aire como fluido de trabajo para investigar la caída de presión y las características de transferencia de calor dentro de un tubo circular calentado uniformemente con insertos de cinta turbuladora híbrida. El objetivo era cubrir el régimen de flujo turbulento variando el número de Reynolds de 10.104 a 73.788. En este trabajo se investiga el rendimiento termohidráulico con las relaciones de paso, longitud y anchura. En comparación con un tubo liso, se observa un aumento medio del 91% y 39% en el número de Nusselt y el factor de fricción, respectivamente. Esto indica una mejora significativa en el rendimiento del tubo. También se encuentra que el factor de rendimiento térmico importante excedió uno para todas las combinaciones de cintas. También se han desarrollado nuevas correlaciones. Con resultados tan alentadores, es factible utilizar el turbulador probado en un calentador de aire solar para mejorar el rendimiento.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثيرات الشريط التوربيني الهجين الجديد على الأداء الهيدروليكي الحراري وعدم رجعة سخان الهواء الشمسي
Translated title (French)
Effets d'un nouveau ruban de turbulateur hybride sur les performances thermohydrauliques et l'irréversibilité d'un aérotherme solaire
Translated title (Spanish)
Efectos de una nueva cinta turbuladora híbrida sobre el rendimiento termohidráulico y la irreversibilidad de un calentador de aire solar

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391824670
DOI
10.1016/j.csite.2024.104132

Is supplement to
https://openalex.org/W4391004888 (Other)
https://openalex.org/W4390292003 (Other)
https://openalex.org/W4377140847 (Other)
https://openalex.org/W4360977358 (Other)
https://openalex.org/W4283385156 (Other)
https://openalex.org/W3173008157 (Other)
https://openalex.org/W3091782866 (Other)
https://openalex.org/W2891329666 (Other)
https://openalex.org/W2374197729 (Other)
https://openalex.org/W2009181917 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Tunisia

References

  • https://openalex.org/W1987532886
  • https://openalex.org/W1988518769
  • https://openalex.org/W2002664102
  • https://openalex.org/W2009919794
  • https://openalex.org/W2025832975
  • https://openalex.org/W2026239543
  • https://openalex.org/W2044350125
  • https://openalex.org/W2047464144
  • https://openalex.org/W2060768600
  • https://openalex.org/W2071614443
  • https://openalex.org/W2078736596
  • https://openalex.org/W2135492876
  • https://openalex.org/W2156756292
  • https://openalex.org/W2223751379
  • https://openalex.org/W2466328516
  • https://openalex.org/W2890215144
  • https://openalex.org/W2901867284
  • https://openalex.org/W2906683699
  • https://openalex.org/W2921020795
  • https://openalex.org/W2921196510
  • https://openalex.org/W2941818154
  • https://openalex.org/W2971252478
  • https://openalex.org/W3082084515
  • https://openalex.org/W3092379675
  • https://openalex.org/W3109973946
  • https://openalex.org/W3124170311
  • https://openalex.org/W3129373600
  • https://openalex.org/W3135296044
  • https://openalex.org/W3135856514
  • https://openalex.org/W3137264404
  • https://openalex.org/W3138632630
  • https://openalex.org/W3156284934
  • https://openalex.org/W3166986711
  • https://openalex.org/W3191145782
  • https://openalex.org/W3211697127
  • https://openalex.org/W3211747569
  • https://openalex.org/W3215635956
  • https://openalex.org/W338656824
  • https://openalex.org/W4213163227
  • https://openalex.org/W4213386933
  • https://openalex.org/W4283035089
  • https://openalex.org/W4309569067
  • https://openalex.org/W4378628082