The combined effects of inlet fluid flow and temperature nonuniformity in cross flow plate-fin compact heat exchanger using finite element method

Abstract

 An analysis of a crossflow plate-fin heat exchanger accouning for the combined effects of inlet fluid flow nonuniformity and temperature nonuniformity on both hot and cold fluid sides is carried out using a Finite Element Model. A mathematical equation is developed to generate different types of fluid flow/temperature maldistribution models considering the possible deviations in inlet fluid flow. Using these fluid flow maldistribution models, the exchanger effectiveness and its deteriorations due to flow/temperature nonuniformity are calculated for entire range of design and operating conditions. It was found that the performance deteriorations are quite significant in some typical applications due to inlet fluid flow/temperature nonuniformity.

Zusammenfassung

Mit Hilfe der Finitelement-Methode wird der zusammenwirkende Einfluß ungleichförmiger Strömungs- und Temperaturverteilungen am Eintritt des kalten, wie des warmen Fluids eines kreuzstrombetriebenen, berippten Kompakt-Plattenwärmetauschers untersucht. Über eine mathematische Beziehung lassen sich verschiedene Arten ungleichmäßiger Strömungs bzw. Temperaturverteilungen in den Eintrittsquerschnitten generieren. Unter Verwendung dieser Fehlverteilungsmodelle wird deren Einfluß auf den Austauscher-Gütegrad im gesamten Auslegungs- und Betriebsbereich ermittelt. Es zeigte sich, daß diese Auswirkungen bei typischen Ungleichförmigkeiten der Strömungs- bzw. Temperaturfelder in den Eintrittsquerschnitten erheblich sein können.