AI Summary & Key Takeaways
AI InsightFinally, several research gaps are identified, including insufficient attention to unsteady and oscillatory flow conditions, highlighting areas that require further investigation.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Increasing the demand for greater efficiency and sustainability in corrugated plate heat exchangers has driven comprehensive research to address the drawbacks of conventional designs. This review summarizes the latest developments in enhancing plate heat exchanger performance, with a focus on plate surface geometry and working-fluid effects. The most important geometric details for thermo-hydraulic properties, such as chevron angle, corrugation pattern, plate spacing, and corrugation depth and pitch, are systematically examined with respect to their thermo-hydraulic effects. The review also covers surface coatings, including potential contributions to fouling mitigation and pressure drop reduction, as well as persistent issues related to durability, health, and environmental impact, along with their associated costs. The review also discusses the application of nanofluids as working fluids, explaining that while they can improve heat transfer, they also entail drawbacks such as increased viscosity, pressure drop, and unknown long-term effects on plate integrity. In addition to designs and material strategies, the review focuses on how they incorporate sustainable and renewable energies into plate heat exchangers to reduce dependence on fossil fuels and their negative impact on the environment, as well as reducing operational costs. Also, cutting-edge data-driven techniques, including machine learning, deep learning, and artificial intelligence, are presented as promising extensions to other CFD techniques to develop and enhance predictive models while reducing computational costs and time. Finally, several research gaps are identified, including insufficient attention to unsteady and oscillatory flow conditions, highlighting areas that require further investigation.
Özet
Kıvrımlı plakalı ısı eşanjörlerinde (PHE’ler) daha yüksek verimlilik ve sürdürülebilirlik talebinin artması, geleneksel tasarımların dezavantajlarını gidermeye yönelik kapsamlı araştırmaları teşvik etmiştir. Bu sistematik derleme, PHE performansının artırılmasına yönelik en son gelişmeleri özetlemekte olup, özellikle plaka yüzey geometrisi ve çalışma akışkanlarının etkilerine odaklanmaktadır. Termo-hidrolik özellikler açısından şevron açısı, kıvrım deseni, plaka aralığı ile kıvrım derinliği ve adımı gibi en önemli geometrik ayrıntılar, termo-hidrolik etkileri bağlamında sistematik olarak incelenmiştir. Ayrıca, yüzey kaplamaları da ele alınmış; kirlenmenin azaltılmasına ve basınç düşüşünün düşürülmesine yönelik potansiyel katkılarının yanı sıra, dayanıklılık, sağlık ve çevresel etkilere ilişkin kalıcı sorunlar ve bunların olası maliyetleri tartışılmıştır. Bununla birlikte, derlemede çalışma akışkanı olarak nanakışkanların kullanımı da incelenmiş; bu akışkanların ısı transferini artırabildiği açıklanırken, artan viskozite, basınç düşüşü ve plaka bütünlüğü üzerindeki bilinmeyen uzun vadeli etkiler gibi bedellerin de altı çizilmiştir. Tasarım ve malzeme stratejilerine ek olarak, fosil yakıtlara bağımlılığı ve çevresel etkiyi azaltmak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarının PHE sistemlerine nasıl entegre edildiği ele alınmış ve tamamen temiz enerjiyle çalışan hibrit bir PHE sistemi önerilmiştir. Ayrıca, makine öğrenmesi (ML), derin öğrenme ve yapay zekâ (AI) gibi ileri düzey veri odaklı teknikler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemlerine umut vadeden tamamlayıcı yaklaşımlar olarak sunulmuş; bu tekniklerin, hesaplama maliyeti ve süresini azaltırken kestirim modellerinin geliştirilmesine ve iyileştirilmesine katkı sağlayabileceği belirtilmiştir. Son olarak, zamana bağlı olmayan (kararsız) ve salınımlı akış koşullarına yeterince odaklanılmaması gibi çeşitli araştırma boşlukları tanımlanmış ve bu durumun, PHE optimizasyonu üzerine gelecekte yapılacak çalışmalar için ileri bir yol haritası sunduğu ifade edilmiştir.