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Lumped-differential analysis of concurrent flow double-pipe heat exchanger

Authors

  • F. Scofano Neto,

    1. Programa de Engenharia Meca'nica COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Cidade Universitária Cx. Postal 68503, Rio de Janeiro, 21945 RJ, Brasil
    Current affiliation:
    1. Seção de Engenharia Meca'nica e de Materiais, Instituto Militar de Engenharia — IME, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
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  • R. M. Cotta

    1. Programa de Engenharia Meca'nica COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Cidade Universitária Cx. Postal 68503, Rio de Janeiro, 21945 RJ, Brasil
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Abstract

A mixed lumped-differential formulation for double-pipe heat exchangers is presented that radially lumps the temperature distribution in the outer channel, providing a differential problem for the inner channel that involves a more general type of boundary condition for the wall temperature. The generalized integral transform technique is extended to allow for the analytical solution of this class of problems. Applicability limits for the simplified model are then established in terms of related parameters, based on numerical results obtained for bulk temperatures and Nusselt numbers, as compared to more involved approaches for the complete differential model.

Abstract

Une formulation mixte différentielle-globale est présentée pour les échangeurs de chaleur à double conduite; cette formulation basée sur une valeur moyenne de la distribution radiale de température dans le canal extérieur permet d'établir une équation différentielle pour le canal intérieur qui nécessite un type de conditions limites plus général pour la température aux parois. La technique des transformées intégrales généralisées est étendue de façon à permettre la résolution analytique de cette catégorie de problèmes. Les limites d'applicabilité pour le modèle simplifié sont ensuite établies en termes de paramétres connexes, à partir des résultats obtenus pour les températures et les nombres de Nusselt en masse, par comparaison à des techniques plus complexes pour le modèle différentiel complet.

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