Microchannels have been used in electronics cooling and in air conditioning applications as condensers. Little study has been made in the application of microchannels in automotive heat exchangers, particularly the radiator. The presented research captures the need for the design improvement of radiator heat exchangers in heavy-duty vehicles in order to reduce aerodynamic drag and improve fuel economy. A method for analyzing an existing radiator is set forth including the needed parameters for effective comparisons of alternative designs. An investigation of microchannels was presented and it was determined that microchannels can improve the overall heat transfer of a radiator but this alone will not decrease the dimensions of the radiator. Investigations into improving the air-side heat transfer were considered and an improved fin design was found which allows a reduction in frontal area while maintaining heat transfer. The overall heat transfer of the design was improved from the original design by 7% well as 52% decrease in frontal area but at the cost of 300% increase in auxiliary power. The energy saved by a reduction in frontal area is not substantial enough to justify the increase of auxiliary power. The findings were verified through a computational fluid dynamic model to demonstrate the heat transfer and pressure drop of microchannel tubes. The results confirmed that heat transfer of microchannels does improve the thermal performance of the radiator but the pressure drop is such that the net benefit does not outweigh the operating cost. An additional CFD study of the new fin geometry and air-side heat transfer predictions was conducted. The results of the study confirmed the theoretical calculations for the fin geometry.

O objetivo da presente pesquisa é analisar o desempenho termo-hidráulico do lado do ar de trocadores de calor tubo-aletados. Uma pesquisa da literatura foi executada em duas áreas diferentes: desempenho termo-hidráulico e seleção de superfície, feita por comparações de desempenho, para otimizar o projeto de trocadores de calor. O impulso principal da pesquisa esteve na avaliação experimental de dez serpentinas para investigar o efeito dos seguintes parâmetros sobre o desempenho do lado do ar: número de fileiras de tubos, densidade de aletas, superfície interna dos tubos e superfície da aleta (corrugada ou janelada). Os experimentos foram executados com água quente escoando internamente aos tubos em uma bancada de testes equipada com controladores que permitiram o controle exato e a medição das condições do ar e da água. As comparações com dados disponíveis na literatura para condições semelhantes revelaram que as tendências dos resultados presentes são coerentes e adequadas. Os resultados de transferência de calor e perda de carga da presente investigação não são adequadamente correlacionados por equações da literatura, sendo os desvios atribuíveis a diferenças na geometria das aletas. Finalmente, um procedimento de seleção de superfície para as aletas foi testado baseado em uma relação entre o índice de transferência de calor e a potência de bombeando. A superfície que obteve melhor desempenho entre as testadas foi a aleta janelada numa serpentina de quatro fileiras de tubos / The aim of the present research was to analyze the termo-hidraulic performance of the air side of plate-fin-and-tube heat exchangers. A literature survey has been carried out in two different areas: thermo-hidraulic performance and surface selection, done by performance comparisons, to optimize heat exchangers design. The main thrust of the research has been in the experimental evaluation of ten coils in order to investigate the effect of the following parameters over the air side performance: number of tube rows, fin density, tubes internal surface and surface fins (wavy or louvered). Experiments have been carried out with warm water as the tube fluid in a test bench with control capabilities which allowed the accurate control and measurement of air and water conditions. Comparisons with data available in the literature for similar conditions have revealed that the trends of the present results are consistent and adequate. Heat transfer and pressure drop results of the present investigation are not adequately correlated by equations from literature, deviations being attributable to differences in the geometry of the fins. Finally, a procedure for fin surface selection has been tested based on the ratio between the heat transfer rate and the pumping power. The best performing surface among the ones tested was the louver fin in a four tube row coil

O objetivo da presente pesquisa é analisar o desempenho termo-hidráulico do lado do ar de trocadores de calor tubo-aletados. Uma pesquisa da literatura foi executada em duas áreas diferentes: desempenho termo-hidráulico e seleção de superfície, feita por comparações de desempenho, para otimizar o projeto de trocadores de calor. O impulso principal da pesquisa esteve na avaliação experimental de dez serpentinas para investigar o efeito dos seguintes parâmetros sobre o desempenho do lado do ar: número de fileiras de tubos, densidade de aletas, superfície interna dos tubos e superfície da aleta (corrugada ou janelada). Os experimentos foram executados com água quente escoando internamente aos tubos em uma bancada de testes equipada com controladores que permitiram o controle exato e a medição das condições do ar e da água. As comparações com dados disponíveis na literatura para condições semelhantes revelaram que as tendências dos resultados presentes são coerentes e adequadas. Os resultados de transferência de calor e perda de carga da presente investigação não são adequadamente correlacionados por equações da literatura, sendo os desvios atribuíveis a diferenças na geometria das aletas. Finalmente, um procedimento de seleção de superfície para as aletas foi testado baseado em uma relação entre o índice de transferência de calor e a potência de bombeando. A superfície que obteve melhor desempenho entre as testadas foi a aleta janelada numa serpentina de quatro fileiras de tubos / The aim of the present research was to analyze the termo-hidraulic performance of the air side of plate-fin-and-tube heat exchangers. A literature survey has been carried out in two different areas: thermo-hidraulic performance and surface selection, done by performance comparisons, to optimize heat exchangers design. The main thrust of the research has been in the experimental evaluation of ten coils in order to investigate the effect of the following parameters over the air side performance: number of tube rows, fin density, tubes internal surface and surface fins (wavy or louvered). Experiments have been carried out with warm water as the tube fluid in a test bench with control capabilities which allowed the accurate control and measurement of air and water conditions. Comparisons with data available in the literature for similar conditions have revealed that the trends of the present results are consistent and adequate. Heat transfer and pressure drop results of the present investigation are not adequately correlated by equations from literature, deviations being attributable to differences in the geometry of the fins. Finally, a procedure for fin surface selection has been tested based on the ratio between the heat transfer rate and the pumping power. The best performing surface among the ones tested was the louver fin in a four tube row coil