Effect of Stainless Mesh Porosity on Heat Transfer in Circular Tube Heat Exchangers

Authors

  • Nopparat Amattirat Department of Energy and Air Conditioning Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Rajamangala University of Technology Isan Nakhon Ratchasima
  • Wanchai Intapat Department of Energy and Air Conditioning Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Rajamangala University of Technology Isan Nakhon Ratchasima
  • Tawatchai Jaruwongwittaya Department of Energy and Air Conditioning Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Rajamangala University of Technology Isan Nakhon Ratchasima
  • Niwat Ketchat Department of Energy and Air Conditioning Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Rajamangala University of Technology Isan Nakhon Ratchasima

DOI:

https://doi.org/10.14456/jeit.2025.7

Keywords:

Nusselt Number, Friction Factor, Thermal Enhancement Factor

Abstract

Heat exchangers were important devices used for heat transfer in various industries. Heat transfer enhancement in heat exchangers can be achieved using various methods. The porous media were placed across the flow inside the tubes of the heat exchanger. This method was used to enhance heat transfer. However, the selection of appropriate porous media must consider various factors, such as the type and porosity. Therefore, the objective of this research was to study the effect of stainless wire-mesh porosity on heat transfer in a circular tube heat exchanger with a porous triangular serrated insert. The SUS 304 stainless wire-mesh was used as porous media. The porosity (X) was examined in four levels: 0.55, 0.62, 0.77 and 0.77. The pitch ratios (PR = 2) and height ratios (HR = 0.40). The experimental have been conducted for the air flow in terms of Reynolds numbers (Re) ranging from 4,300 – 23,800. The experiment was conducted in the tube heat exchanger having a uniform heat fluxed wall. Experimental results indicate that a decrease in X leads to an increase in the Nusselt number (Nu) and the friction factor (f). This was because a larger volume of solid material enhances its heat storage capacity through conduction, resulting in increased heat transfer from the material to the fluid. The highest Nu and f were found at X=0.55, which were 2.75 and 23.85 times when compared with a smooth tube, respectively. In this research, the maximum thermal enhancement factor (TEF) of 1.28 was found at X=0.55. Experimental results also indicate that Nu increases as Re increases, while f decreases.

References

[1] S. Liu and M. Sakr, "A comprehensive review on passive heat transfer enhancements in pipe exchangers," Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 19, pp. 64–81, Mar. 2013.

[2] ภาณุวัฒน์ หุ่นพงษ์ และ สมพล สกุลหงษ์, "การเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในท่อที่มีการไหล แบบปั่นป่วนผ่านแผ่นปีกสามเหลี่ยม," วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ, ปีที่ 28, ฉบับที่ 3, หน้า 557–566, ก.ค.–ก.ย. 2561.

[3] M. M. K. Bhuiya, et al., "Heat transfer and friction factor characteristics in turbulent flow through a tube fitted with perforated twisted tape inserts," Int. Commun. Heat Mass Transf., vol. 46, pp. 49–57, Aug. 2013.

[4] เก่งกล้า กุณรักษ์, มิตภาณี พุ่มกล่อม และ เชษฐ์ภณัฏ ปัญญวัชรวงศ์, "อิทธิพลของท่อผิวครีบที่มีแผ่นบิดส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน," วารสารวิชาการเทคโนโลยีพลังงานและสิ่งแวดล้อม, ปีที่ 8, ฉบับที่ 1, หน้า 53–59, ม.ค.–มิ.ย. 2564.

[5] P. Promvonge and S. Skullong, "Heat transfer in a tube with combined V-winglet and twin counter-twisted tape," Case Stud. Therm. Eng., vol. 26, pp. 1–10, Aug. 2021.

[6] W. Chingtuaythong and S. Chokphoemphun, "Thermal performance augmentation in heat exchanger tube with oval–pentagon ring," J. Res. Appl. Mech. Eng., vol. 4, no. 2, pp. 166–174, Jul. 2018.

[7] วิทูรย์ ชิงถ้วยทอง และคณะ, "การศึกษาถึงการไหลแบบปั่นป่วนของอากาศและคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนของท่อที่มีการสอดใส่วงแหวนข้าวหลามตัด-ข้าวหลามตัด," วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรม, ปีที่ 13, ฉบับที่ 2, หน้า 161–168, พ.ค.–ส.ค. 2561.

[8] P. Promvonge and S. Skullong, "Thermal characterization in circular tube inserted with diamond-shaped ring," J. Res. Appl. Mech. Eng., vol. 7, no. 1, pp. 1–10, Nov. 2019.

[9] P. Hoonpong, P. Promvonge and S. Skullong, "Experimental study of thermal performance in a tubular heat exchanger using inclined perforated vortex rings," J. Res. Appl. Mech. Eng., vol. 8, no. 2, pp. 148–157, Nov. 2020.

[10] สุภัทรชัย สุวรรณพันธุ์, เอกวุฒิ แสนคำวงษ์ และ ชาญวิทย์ ชัยอมฤต, "การศึกษาเชิงทดลองของการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อกลมที่มีแผ่นบางรูปตัวไซน์," วารสาร มทร. อีสาน, ปีที่ 12, ฉบับที่ 3, หน้า 79–95, ก.ย.–พ.ย. 2562.

[11] S. Skullong, et al., "Thermal behaviors in a round tube equipped with quadruple perforated–delta–winglet pairs," Appl. Therm. Eng., vol. 115, pp. 229–243, Dec. 2017.

[12] A. T. Wijayanta, et al., "Effect of wing-pitch ratio of double-sided delta-wing tape insert on the improvement of convective heat transfer," Int. J. Therm. Sci., vol. 151, pp. 1–8, Nov. 2020.

[13] P. Promvonge and S. Skullong, "Thermo-hydraulic performance in heat exchanger tube with V-shaped winglet vortex generator," Appl. Therm. Eng., vol. 164, pp. 1–11, Jan. 2020.

[14] P. M. Erfanian Nakhchi and M. T. Rahmati, "Turbulent flows inside pipes equipped with novel perforated V-shaped rectangular winglet turbulators: numerical simulations," J. Energy Resour. Technol. Trans. ASME, vol. 142, pp. 1–10, Nov. 2020.

[15] A. Kumar, et al., "Developing heat transfer and pressure loss in an air passage with multi discrete V-blockages," Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 84, pp. 266–278, Jun. 2017.

[16] R. Kumar, et al., "Performance evaluation and optimization of solar assisted air heater with discrete multiple arc shaped ribs," J. Energy Storage, vol. 26, pp. 1–17, Sep. 2019.

[17] นิวัฒน์ เกตุชาติ และคณะ, "การพัฒนาเตาเผาถ่านประสิทธิภาพสูงด้วยวัสดุพรุนชนิดตาข่ายสเตนเลส," วารสารนวัตกรรมวิทยาศาสตร์เพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน, ปีที่ 5, ฉบับที่ 2, หน้า 557–566, ก.ค.–ธ.ค. 2566.

[18] อนิรุตต์ มัทธุจักร และคณะ, "อิทธิพลของลวดตาข่ายสแตนเลสต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตาแก็สหุงต้ม แบบ Vertical port," วิศวสารลาดกระบัง, ปีที่ 33, ฉบับที่ 1, หน้า 24–29, มี.ค. 2559.

[19] คมเพ็ชร อินลา และคณะ, "การประยุกต์วัสดุพรุนชนิดตาข่ายสแตนเลสเพื่อลดการสิ้นเปลืองพลังงานของการอบแห้งแบบพาความร้อน," วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ, ปีที่ 32, ฉบับที่ 4, หน้า 830–842, ต.ค.–ธ.ค. 2565.

Downloads

Published

2025-04-29

How to Cite

[1]
N. . Amattirat, W. . Intapat, T. . Jaruwongwittaya, and N. Ketchat, “Effect of Stainless Mesh Porosity on Heat Transfer in Circular Tube Heat Exchangers”, JEIT, vol. 3, no. 2, pp. 16–29, Apr. 2025.