การศึกษาครั้งนี้มุ่งเน้นไปที่ลักษณะของกระแสน้ำวนและการถ่ายเทความร้อนภายในช่องทางที่เกิดขึ้นจากการรวมกลุ่มท่อครีบที่มีลักษณะเป็น helicaling โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเปิดเผยว่าพารามิเตอร์โครงสร้างที่แตกต่างกันมีอิทธิพลต่อความต้านทานการไหลความเข้มการถ่ายเทความร้อนและพฤติกรรมการไหลของกระแสน้ำวน เป้าหมายคือการให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงความต้านทานต่ำและอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ยาวนาน ครีบที่มีฟันแบบปรุงแต่งอย่างกว้างขวางนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ, ปล่องไฟและระบบกู้คืนความร้อนของเสียจากอุตสาหกรรมเนื่องจากอัตราส่วนการเพิ่มขึ้นสูงโครงสร้างน้ำหนักเบาและการปราบปรามการสั่นสะเทือน

อย่างไรก็ตามการศึกษาก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การถ่ายเทความร้อนด้วยกล้องจุลทรรศน์และข้อมูลการลดลงของแรงดันโดยขาดความเข้าใจอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างวิวัฒนาการของกระแสน้ำวนภายในและการกระจายโหลดความร้อนในท้องถิ่น สิ่งนี้ทำให้ยากต่อการปรับสมดุลประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงและความปลอดภัยของโครงสร้างในระหว่างการออกแบบ

ในการแก้ไขปัญหานี้การศึกษาครั้งนี้ได้สร้างแบบจำลองช่องสัญญาณระยะเวลาสามมิติการเลือกระยะห่างของหลอดตามขวางระยะห่างของท่อยาวและระยะห่างครีบเป็นตัวแปรสำคัญครอบคลุมหมายเลข Reynolds ที่ใช้กันทั่วไปอยู่ในช่วง 10,000 ถึง 50,000 แบบจำลองความปั่นป่วนของ SST K-ωที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องโดยการทดลองใช้บนกริดที่มีโครงสร้าง 1.2 ล้านเพื่อทำการจำลองแบบเอ็ดดี้ขนาดใหญ่ที่ไม่มั่นคงพร้อมกันจับความเร็วในทันทีความเร็ว vorticity และอุณหภูมิ

โครงสร้างทั่วไปเช่นถนนKármán Vortex และ vortices เกือกม้าถูกระบุโดยใช้เกณฑ์ Q และการรวมเวลาโดยเฉลี่ยในพื้นที่ถูกใช้เพื่อให้ได้หมายเลข Nusselt หมายเลขออยเลอร์และจำนวน Strouhal เปลี่ยน "Vortices"

ผลการวิจัยพบว่าการลดระดับเสียงของหลอดตามขวางเพิ่มความเร็วการไหลและช่วยเพิ่มความถี่ในการไหลของกระแสน้ำวนการปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนมากกว่า 30% แต่เพิ่มความต้านทานการไหลเป็นสองเท่า การเพิ่มระยะห่างของหลอดตามยาวช่วยให้กระแสน้ำวนสามารถพัฒนาและติดตั้งใหม่ได้อย่างเต็มที่เพิ่มการถ่ายเทความร้อนเกือบ 50% โดยมีความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่าง จำกัด ระยะห่างครีบที่ใหญ่ขึ้นช่วยลดการอุดตันเพิ่มความเข้มของกระแสน้ำวนและยังลดความดันลดลงนำเสนอแนวโน้มที่ดีของ "The Sparser, ความต้านทานน้อยกว่า, sparser, การถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้น"

การเปรียบเทียบเพิ่มเติมระหว่างโครงสร้างกระแสน้ำวนในท้องถิ่นและฟลักซ์ความร้อนผิวแสดงให้เห็นว่าบริเวณที่ไหลของกระแสน้ำวนแสดงให้เห็นถึงการไล่ระดับอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและตัวเลข Nusselt ในท้องถิ่นสูงในขณะที่ภูมิภาคที่ไม่มี vortices แสดง "จุดร้อน" ที่อุณหภูมิสูงซึ่งสามารถกระตุ้นความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อนและความเหนื่อยล้าในช่วงต้น

การค้นพบนี้อธิบายโดยตรงสาเหตุของรอยแตกในท้องถิ่นและการเสียรูปที่สังเกตได้ในชุดท่อสนามและเป็นเกณฑ์สำหรับการประเมินความปลอดภัยที่ตามมา จากข้อมูลการจำลองแบบมุมฉาก 216 ชุดการศึกษาเสนอความสัมพันธ์แบบไร้มิติสำหรับ NU, EU และ ST ในแง่ของ RE และพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตสามตัวโดยมีการเบี่ยงเบนภายใน 10%ซึ่งสามารถรวบรวมโดยตรงในซอฟต์แวร์การเลือกวิศวกรรมสำหรับการทำนายประสิทธิภาพอย่างรวดเร็ว รูปแบบเฉพาะมีดังนี้:

ผลลัพธ์ไม่เพียง แต่เติมเต็มช่องว่างในกลไกการมีเพศสัมพันธ์ "กระแสน้ำวน" ของครีบที่มีลักษณะเป็นเกลียว แต่ยังให้เส้นทางการเพิ่มประสิทธิภาพหลายวัตถุประสงค์ของ "การเพิ่มการถ่ายเทความร้อนลดความต้านทานและความปลอดภัย"

นักออกแบบสามารถปรับระยะสนามตามขวางสำหรับการถ่ายเทความร้อนสูงใช้สนามระยะยาวเพื่อระงับยอดความต้านทานและจัดเตรียมระยะห่างครีบสลับกันเพื่อกำจัดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น ภายใต้พื้นหลังคาร์บอนคู่การวิจัยนี้มีศักยภาพที่สำคัญในการลดการใช้พลังงานของระบบทำความเย็นและปรับปรุงประสิทธิภาพการกู้คืนความร้อนของเสียจากอุตสาหกรรม

ในอนาคตมันสามารถขยายไปยังโปรไฟล์ฟันที่แตกต่างกันครีบตัวแปรส่วนและของเหลวทำงานผสมส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงอย่างต่อเนื่อง