Design and Performance Analysis of Tubular Heat Exchangers

Abstract

This Master's project focused on the design, construction, and experimental validation of a tubular heat exchanger, using local materials, to serve as a versatile test bed within the University of El Oued laboratory. The primary objective was to provide a practical platform for studying fundamental heat transfer phenomena. The experimental methodology involved circulating hot and cold water through the heat exchanger in both co-flow and counter-flow arrangements, initially at equal flow rates and then doubling the cold fluid flow rate. Temperature profiles were accurately recorded using thermocouples at 5-minute intervals. The results clearly demonstrate the superior performance of the counter-flow configuration, achieving a heat exchanger efficiency of up to 0.5610 (56.10%). In contrast, the co-flow arrangement exhibited lower efficiencies, ranging from 0.1944 (19.44%) to 0.4172 (41.72%). Doubling the cold fluid flow rate significantly improved the co-flow efficiency by 114.6%, with only a modest increase of 0.25% in the already highly efficient counter-flow mode. All experiments demonstrated steady fluid flow in the laminar regime, with Reynolds numbers ranging from approximately 280 to 547. This project has successfully established a valuable laboratory tool that will greatly enhance teaching and practical research capabilities in the fields of heat transfer and fluid mechanics ركز مشروع الماستر هذا على تصميم، بناء، والتحقق التجريبي لمبادل حراري أنبوبي، باستخدام مواد محلية ليكون بمثابة منصة اختبار متعددة الاستخدامات داخل مختبر جامعة الوادي . كان الهدف الأساسي هو توفير منصة عملية لدراسة ظواهر انتقال الحرارة الأساسية. تضمنت المنهجية التجريبية تدوير الماء الساخن والبارد عبر المبادل الحراري في ترتيبات تدفق متوازية ومتعاكسة ، في البداية بمعدلات تدفق متساوية، ثم بمعدل تدفق السائل البارد مضاعف. تم تسجيل بيانات درجات الحرارة بدقة باستخدام المزدوجات الحرارية على فترات 5 دقائق. أظهرت النتائج بشكل لا لبس فيه الأداء المتفوق لتكوين التدفق المتعاكس، حيث حققت فعالية مبادل حراري تصل إلى 0.5610 (56.10%). في المقابل، أظهر ترتيب التدفق المتوازي فعالية أقل، تتراوح من 0.1944 (19.44%) إلى 0.4172 (41.72%). أدى مضاعفة معدل تدفق السائل البارد إلى تحسين ملحوظ في فعالية التدفق المتوازي بنسبة 114.6% ، بينما أسفر عن زيادة هامشية بلغت 0.25% فقط في وضع التدفق المتعاكس الذي كان فعالاً للغاية بالفعل. أظهرت جميع التجارب باستمرار تدفق السائل في نظام التدفق الطبقي ، مع أرقام رينولدز تتراوح تقريبًا بين 280 و 547. لقد نجح هذا المشروع في إنشاء أداة مختبرية قيمة ستعزز بشكل كبير التعليم العملي وقدرات البحث في انتقال الحرارة وميكانيكا الموائع