2D-FDM of heat exchanger

I am an undergraduate student majoring in Mechanical Engineering.

I am currently attempting to compare the e-NTU method and the Energy Balance Equation for a 2D-Laminar counter flow heat exchanger. Although the results from the FDM (Finite Difference Method) are converging, they significantly differ from the values presented in the paper (Table 2), showing about 0.1 lower values.

Could anyone experienced in this field help me with this issue? Thank you.

Codes below is what I’ve done to calculate effectiveness.

import torch
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from datetime import datetime

# Set up matrix
for m_0, k in [(1,1), (1,2), (1,4), (2,0.5), (2,1), (2,2)]:

    # mesh generation
    y1, y2, xi_L = 1, 1, 1
    del_y1, del_y2, del_z = 10**(-1.5), 10**(-1.5), 10**(-4)  
    m, n1, n2 = int((xi_L/del_z)+1), int((y1/del_y1)+1), int((y2/del_y2)+1)

    # Use GPU if available
    device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')

    # theta_n1, theta_n2, theta_w initialization with boundary conditions
    theta_n1 =  torch.zeros((m, n1), device=device)
    theta_n2 = torch.zeros((m, n2), device=device)
    theta_w = torch.zeros((m, 1), device=device)
    theta_n1[0, :] = 0  # Inlet n1
    theta_n2[m-1, :] = 1  # Inlet n2
    theta_w[0] = 0  # Wall at zeta = 0
    theta_w[m-1] = 1  # Wall at zeta = 1
    theta_n1[m-1, n1-1] = 1  # Outlet n1
    theta_n2[0, n2-1] = 0  # Outlet n2

    # Tolerance
    errormax = 1e-5
    error = 1
    errors = []
    iteration = 0

    def update(theta_n1, theta_n2, theta_w):

        # Update boundary conditions
        theta_w[1:-1, 0] = (k/(1+k)) * theta_n2[1:-1, n2-2] + (1/(1+k)) * theta_n1[1:-1, n1-2]
        theta_n1[:, n1-1] = theta_w[:, 0]
        theta_n2[:, n2-1] = theta_w[:, 0]
        theta_n1[:, 0] = theta_n1[:, 1]
        theta_n2[:, 0] = theta_n2[:, 1]
        
        # Update inner points
        a1 = del_y1 * del_y1
        b1 = 0.75 * (1 - (torch.arange(1, n1-1, device=device) * del_y1) ** 2)
        c1 = del_z

        a2 = del_y2 * del_y2
        b2 = -0.75 * m_0 * (1 - (torch.arange(1, n2-1, device=device) * del_y2) ** 2)
        c2 = del_z

        # Update theta_n1
        theta_n1[1:m, 1:n1-1] = (c1 / (2 * a1 * b1)) * (theta_n1[:m-1, 2:n1] + theta_n1[:m-1, :n1-2]) + 
                                (1 - (c1 / (a1 * b1))) * theta_n1[:m-1, 1:n1-1]
        # Update theta_n2
        theta_n2[:m-1, 1:n2-1] = -(c2 / (2 * a2 * b2)) * (theta_n2[1:m, 2:n2] + theta_n2[1:m, :n2-2]) + 
                                (1 + (c2 / (a2 * b2))) * theta_n2[1:m, 1:n2-1]

        theta_w[1:-1, 0] = (k/(1+k)) * theta_n2[1:-1, n2-2] + (1/(1+k)) * theta_n1[1:-1, n1-2]
        theta_n1[:, n1-1] = theta_w[:, 0]
        theta_n2[:, n2-1] = theta_w[:, 0]
        theta_n1[:, 0] = theta_n1[:, 1]
        theta_n2[:, 0] = theta_n2[:, 1]

        return theta_n1, theta_n2, theta_w

    tic = datetime.now()

    while error > errormax:
        theta_n1_old = theta_n1.clone()
        theta_n2_old = theta_n2.clone()
        theta_w_old = theta_w.clone()
        
        theta_n1, theta_n2, theta_w = update(theta_n1, theta_n2, theta_w)
        
        error1 = torch.max(torch.abs(theta_n1 - theta_n1_old))  
        error2 = torch.max(torch.abs(theta_n2 - theta_n2_old))
        error = torch.max(error1, error2)
        errors.append(error.item())
        iteration += 1
        if iteration % 2500 == 0:
            toc = datetime.now()
            print(f"Iteration: {iteration}, Error: {error}, consumed_time: {toc - tic}")    


    # Save the results
    xi = torch.linspace(0, xi_L, m).cpu().numpy()
    y1_values = torch.linspace(0, y1, n1).cpu().numpy()
    y2_values = torch.linspace(0, y2, n2).cpu().numpy()

    T_n1 = theta_n1.cpu().numpy()
    T_n2 = theta_n2.cpu().numpy()

    # np.mean(T_n1[-1]) should be same with effectivness
    print(f'mean(m,k): ({m_0}, {k}) : {np.mean(T_n1[-1])}')

Table below is what I get from this code. It should be same, but there are some discrepancy between these two. I think e-NTU method fits well with papers I’ve read, so problems may lie in the code.
Values

Vera, M., & Linan, A. (2010). Laminar counterflow parallel-plate heat exchangers: exact and approximate solutions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(21-22), 4885-4898.

New contributor

Granduc is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật