Investigation of twisted tape turbulator for fire tube boiler : part i. heat transfer

• Published in: Journal of Engineering Vol. 17; no. 4; pp. 694 - 713
• Main Authors: Ammuri, Karimah Ismail, Insayif, Rashid K.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Baghdad, Iraq University of Baghdad, College of Engineering 01-08-2011; University of Baghdad
• Subjects: fire tube boiler; twisted tape; heat transfer enhancement; Heat; Heat exchangers; Transmission; الهندسة الكيميائية
• ISSN: 1726-4073; 2520-3339
• DOI: 10.31026/j.eng.2011.04.06

The present work presents a new experimental study of the enhancement of turbulent convection heat transfer inside tubes for combined thermal and hydrodynamic entry length of one popular “tabulator” (twisted tape with width slightly less than internal tube diameter) inserted for fire tube boilers. Cylindrical combustion chamber was used to burn (1.6 to 7kg/h) fuel oil #2 to deliver hot gases with ranges of Reynolds number (10500 to 21700), and (11400 to 24150) for both empty and inserted tube respectively. A uniform wall temperature technique was used by keeping approximately constant water temperature difference (25ºC) between inlet and exit cooling water in parallel flow shell and tube heat exchanger. The test tube consisted of smooth carbon steel tube of (2400mm) long and (52mm) internal diameter. This test tube instrumented to derive local heat transfer coefficient and local flue gasses static pressure. The experimental results show that for the same fuel consumption, twisted tape insert with (H/D = 11.15) enhanced the mean Nusselt number in (75.2 %), (68.8 %), (49.8 %), (40.3 %), and (16.7 %) for fuel consumption (7kg/h), (6.16kg/h), (4.5kg/h), (3.24kg/h), and (1.6kg/h) respectively. A set of empirical correlations that permit the evaluation of the mean Nusselt number (for developing and fully developed region), and average Nusselt number (for developed region) for empty and inserted tube are generated for engineering applications.
هذا البحث يقدم دراسة عملية جديدة لتحديد التحسين الحاصل في معامل انتقال الحرارة لغازات الاحتراق المارة داخل أنابيب مراجل أنابيب النار عند إدخال شريط معدني ملتوي بعرض يقل قليلا عن قطر الأنبوب. تم تجهيز غازات الاحتراق من غرفة احتراق أسطوانية الشكل يتم فيها حرق كمية من الوقود السائل الخفيف رقم 2 تتراوح من (1.6–7 كغم / ساعة) بحيث يعطي رقم رينولدز من (10500–21700) للأنبوب الفارغ و (11400–24150) للأنبوب المدخل فيه الشريط الملتوي. تمت المحافظة على درجة حرارة جدار الأنبوب منتظمة و ذلك بالسيطرة على فرق 25 درجة مئوية بين درجة حرارة الماء الداخل و الخارج في مبادل حراري نوع (الغلاف و الأنبوب) بجريان متوازي بطول أنبوب 2400 ملم و قطر داخلي 52 ملم. ربطت على هذا الأنبوب مجموعة من أجهزة القياس التي ساعدت على حساب معامل انتقال الحرارة و الضغط الاستاتيكي الموقعي على طول الأنبوب. بينت نتائج الحسابات أن الشريط الملتوي يحسن القيمة المتوسطة لرقم نسلت بمقدار (75.2 %)، (68.8 %)، (49.8 %)، (40.3 %)، (16.7 %) لنفس الكمية من صرف الوقود (7. 16. 56. 24. 24. 63. 1 كغم / ساعة) على التوالي. تم استنتاج مجموعة من المعادلات لحساب القيمة المتوسطة لرقم نسلت على طول الأنبوب فضلا عن احتساب قيمة متوسطة لرقم لنسلت في منطقة الجريان التام التطور للأنبوب الفارغ و المدخل فيه الشريط الملتوي.