همچنین فین و یا سطوح توسعه یافته اغلب برای افزایش نرخ انتقال حرارت هوا در کاربردهای مختلف تبادل حرارت به کار گرفته می شوند.
مبدل های حرارتی پره دار معمولا در تهویه مطبوع، تبرید، و فرایند انتقال حرارت که در آن درجه حرارت به ترتیب کمتر از نقطه شبنم هوا مرطوب اطراف آن است در نتیجه رطوبت در هوا در سطح چگالش می کندو در نهایت، انتقال جرم در محل به طور همزمان با انتقال حرارت اتفاق می افتد.
بسته به دمای سطح و نقطه شبنم هوای اطراف، انتقال حرارت بین سطح نهایی و اطراف آن درهر قسمت از سطح بدون پوشش در هر دو صورت محسوس و یا حرارت محسوس و نهان اتفاق می افتد.  تفاوت بین دمای هوا و سطح فین نیروی محرکه برای انتقال حرارت محسوس و اختلاف نسبت رطوبت بین هوا و هوا مجاور بر روی سطح فین نیروی محرکه برای انتقال جرم است.
بنابراین یک سطح متراکم با یک لایه نازک از مایع به صورت چگالش به طور مداوم بر روی سطح نهایی پوشیده می شود و سیال میعان شده بر روی سطح توسط حرکت ناشی از گرانش منتقل می شود.
در هرکاربرد، انتخاب نوع فین به عواملی مانند ابعاد، وزن، فرایند ساخت، هزینه های تولید، میزان کاهشضریب رسانش و افزایش افت فشار جریان روی فین ها بستگی دارد.
پیشینه موضوع
بررسی عددی و تحلیلی انتقال حرارت در فین با مقاطع مختلف و در نتیجه سطوح جانبی مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است و دانشمندان علوم فیزیک، ریاضی و مخصوصاً مهندسی بدان پرداخته اند.
بررسی انتقال حرارت در سطوح گسترده برای حالات گوناگون به صورت یک بعدی یا دو بعدی بررسی شده است.
در این مطالعات، مقاطع مختلف، ضریب رسانش گرمایی متغییر، طول فین و شعاع پایه فین و همچنین حالت متخلخل و مرطوب مورد بررسی قرار گرفته اند. مقاطع گوناگون نمایانگر اشکال مختلف فین است و برای کاربردهای مختلف و همچنین افزایش انتقال حرارت به کار می رود. در نظر گرفتن رسانش گرمایی متغیر برای حالاتی است که اختلاف دمای بین سیال و جسم مورد نظر در حدی است که باعث می شود در طول فین انتقال حرارت رسانشی باآهنگ های متفاوتی انتقال یابد. طول و شعاع پایه فین نیز با توجه به موارد کاربرد آن می تواند در دامنه بخصوصی تغییر کند که در نتیجه آهنگ های متفاوتی از انتقال حرارت و حجم فین)ماده مصرفی) را بدست می دهد. و حالتی که فین در دمای پایین تر از نقطه شبنم هوای اطراف باشد که در این صورت علاوه بر انتقال حرارت همرفتی، انتقال حرارت بوسیله انتقال جرم هم صورت می گیرد. یکی از مسایل مهم در طراحی فین ها در نظر گرفتن همزمان این دو موضوع است؛ بدین معنی که باید بین دو پارامتر انتقال گرما و حجم)وزن) حالت بهینه ای را یافت که در آن انتقال گرما بیشینه و حجم کمینه باشد. البته فین بهینه که از این طریق حاصل می شود سهموی شکل است و در نتیجه ساخت آن هزینه بردار است و در نتیجه در بسیاری از کاربردها استفاده از فین مستطیلی هنوز ترجیح داده می شود.
ولی با توجه به فضای بسیار محدود در ابزارها و مدارهای پیشرفته الکترونیکی و ضرورت انتقال حرارت نسبتاً بالا، در برخی موارد اشکالی از فین که هزینه ساخت بالایی نیز دارند اجباراً به کار می روند.
برای این موارد نیز مقالات متعددی به چاپ رسیده است. از جمله می توان به مطالعه انجام شده توسط عزیز^[۶] و گرین^[۷][۲] که بصورت تحلیلی عملکرد و طراحی بهینه فین مستطیلی شکل همرفتی-تابشی با گرمایش پایه همرفتی، مقاوم در برابر انتقال دیوار و بین دیوار و پایه فین مقاوم در برابر تماس بررسی کردند و همچنین راه حل تحلیلی تقریبی برای انتقال حرارت همرفتی- تابشی از یک فین به طور مداوم در حال حرکت با هدایت حرارتی وابسته به دما توسط عزیز و خانی[۳] توسعه داده شد.
ارسلان ترک[۴] و رجبی[۵] بازده و توزیع دمای فین که ضریب هدایت رسانندگی وابسته به دما بود را بوسیله روش های آدومیان و HPM بررسی کردند و نتایج آنها را بررسی کردند. رشیدی و عرفانی بوسیله روش DTM تاثیر انتقال حرارت همرفتی فین مستقیم که ضریب هدایت رسانندگی وابسته به دما باشد را یافتند و سپس نتایج را با روش DTM و HAM مقایسه کردند.
عزیز و بوعزیز^[۸][۶]روش حداقل مربعات برای پیش بینی عملکرد یک فین طولی با تولید حرارت داخلی وابسته به دما و هدایت حرارتی استفاده کردند و آنها نتایج خود را با بهره گرفتن از روش هوموتوپی اغتشاش (HPM)، روش (VIM) و روش اختلال منظم دو سری مقایسه کردند و متوجه شدند که روش حداقل مربعات ساده تر از سایر روش های کاربردی است.
دومیری و فاضلی [۷] با بهره گرفتن از روش تحلیل هوموتوپی (HAM) معادله دیفرانسیل غیر خطی فین مستقیم بررسی توزیع دما و بازده فین حل کردند. همچنین، توزیع دما برای فین حلقوی با هدایت حرارتی وابسته به درجه حرارت توسط گنجی و همکاران [۸]بوسیله روش HPM مورد بررسی قرار گرفت. اثر توزیع، دما - هدایت حرارتی وابسته به یک فین در حال حرکت با توجه به ضرر و زیان اشعه توسط عزیز و خانی [۳]مطالعه قرار گرفته است .
بوعزیز و همکاران [۹]بازده فین های طولی با خواص فیزیکی-حرارتی وابسته به دما پرداختند و همچنین ایده استفاده از فین از مواد متخلخل با معرفی مدل دارسی^[۹]، در مرحله اول توسط کیوان^[۱۰] [۱۰]معرفی شد.
و سپس از برخی مطالعات درمورد تجزیه و تحلیل سطوح گسترده و سطوح متخلخل فین ارائه شده است.
سعدالدین ^[۱۱] و صادقی[۱۱] انتقال حرارت یک فین استوانه ای متخلخل با بهره گرفتن از دستور چهارم روش رانگ کوتا مورد مطالعه قرار دادند و آنها نشان دادند که میزان انتقال حرارت فین متخلخل می تواند از یک فین جامد فراتر رود.
ترکیل مازگلو ^[۱۲][۱۲]برای انتشار حرارتی در یک فین مستقیم با شکل نمایی متنوع وقتی رسانایی حرارتی و ضرایب انتقال گرما وابسته به دما توسط قوانین قدرت راه حل های دقیق پیدا کرد.
گنجی وحاتمی[۱۳-۱۶] با بهره گرفتن از روش تحلیلی به حل فین های متخلخل با پروفیل های مختلف پرداختند . تاثیر شکل فین و پارامترهای آن بررسی کردند و برای فین های مرطوب هم ترلکلد^[۱۳] [۱۷]و مکوستین^[۱۴] [۱۸]برای اولین بار این را آغاز کرده بودند واز مطالعات خود نتیجه متناقض برای تغییرات رطوبت نسبی هوا در بازده کلی مشاهده کردند.
مدل مکوستین نشان می دهد که بازده کلی به شدت بستگی به رطوبت نسبی دارد اما مدل ترلکلد وابستگی کمتر بر رطوبت نسبی دارد.
المهدی ^[۱۵] و بیگز^[۱۶] [۱۹] اولین محققانی بودند که به معرفی یک رابطه خطی بین رطوبت خاص از هوا اشباع و دمای سطح فین به منظور یکپارچه سازی عددی معادله حاکم تا دما بر روی سطح نهایی تخمین زدند.
کلیک^[۱۷] و اونات^[۱۸] [۲۰]به روش شبه خطی ، انتقال گرما فین های مستطیل شکل هنگامی که تراکم رخ می دهد را بصورت عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.
راه حل تحلیلی برای فین مستقیم با ترکیب انتقال گرما و جرم بوسیله شرقاوی و زبیر[۲۱] اجرا شد.آنها چهار پروفیل مختلف از لحاظ دما و بازده نسبت به هم مقایسه کردند. آنها همچنین برای حالت فین حلقوی با ترکیب انتقال حرارت و جرم بصورت تحلیلی پرداختند.
.
فصل دوم
معرفی روش های تحلیلی