اثر پارامتر های هندسی بر روی انتقال حرارت و افت فشار در طراحی مبدل های حرارتی لوله پره دار صفحه ای
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:49
پایان نامه برای دریافت درجۀ کارشناسی ارشد "M . A"
گرایش مهندسی شیمی
چکیده :
مبدل حرارتی وسیله ای است که انرژی را از سیالی به یک یا چند سیال دیگر که دارای درجه حرارت های متفاوتی هستند منتقل می کند ، لذا مبدل های حرارتی در تمام زمینه های صنعتی ،تجاری و حتی زندگی روزمره نیز که به نحوی با تبادل انرژی سر و کار دارند مورد استفاده قرار می گیرند . برای شناخت هر چه بهتر مبدل های حرارتی آن ها را در هشت گروه متفاوت دسته بندی می کنیم .
مبدل های حرارتی با جریان متقاطع که در اغلب کاربرد های صنعتی مانند تولید بخار در دیگ های بخار و یا گرمایش و سرمایش هوا و گاز های دیگر کاربرد دارند ، در این دسته بندی جزء مبدل های حرارتی با جریان پیوسته سیال به صورت تماس غیر مستقیم که هم به صورت فشرده و هم غیر فشرده ساخته شده و با ساختاری به شکل لوله ای و صفحه ای با آرایش جریان عمود بر هم بین دو سیال که به صورت جابجائی با هم تبادل حرارت می کنند ، جای می گیرند .
مبدل های حرارتی لوله – پره دار صفحه ای که جزء این نوع از مبدل های حرارتی هستند کمتر مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند ، هچنین در کتب درسی و دانشگاهی نیز کمتر به معرفی این نوع مبدل های حرارتی مبادرت گردیده است ، لذا هدف از این تحقیق معرفی بیشتر این نوع از مبدل های حرارتی و بررسی اثر پارامتر های هندسی موثر در طراحی این نوع مبدل های حرارتی می باشد .
بنا براین در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت که یکی از نرم افزارهای دینامیک سیالات است ، به بررسی اثر این پارامترها در طراحی این نوع از مبدل های حرارتی(CFD)محاسباتی پرداخته ایم و در نهایت نیز نتایج بدست آمده از تحقیق را با نتایج محاسبات تجربی در مبدل های حرارتی با جریان متقاطع بروی دسته لوله ها مقایسه شده است
مبدل حرارتی وسیله ای است که انرژی حرارتی را از سیالی به یک یا چند سیال دیگر که دارای درجه حرارت های متفاوتی هستند منتقل می کند . این تعریف به طور ضمنی بیان می کند که در یک مبدل حرارتی حداقل دو سیال وجود دارند که حرارت بین آن دو جابجا می شود . هرچند که این تعریف از جامعیت کافی برخوردار است معهذا موارد خاصی از مبدلهای حرارتی وجود دارند که در این تعریف نمی گنجند . از جمله این موارد دستگاههای تبادل حرارتی هستند که در سفینه های فضایی و یا هر وسیله ای که در خلاء کار می کند مورد استفاده قرار می گیرند .
مبدل های حرارتی در تمام زمینه های صنعتی ، تجاری و زندگی روزمره که به نحوی با تبادل انرژی سرو کا ردارند مورد استفاده قرار می گیرند . هر موجود زنده به طریقی به مبدل حرارتی مجهز است .
مبدل های حرارتی در اندازه های بسیار کوچک و بسیار بزرگ ساخته شده اند . کوچکترین آنها (کمتر از 1 وات) برای مصارف الکترونیکی فوق هادی ها، هدایت موشک هائی که بوسیله منبع حرارتی کنترل می شوند و بزرگ ترین آنها (ظرفیت حرارتی بزرگ از 1000 مگاوات) در نیروگاه های بزرگ به عنوان دیگ بخار ، کندانسور یا برج خنک کن به کار می روند .
کاربرد مبدل حرارتی بسیار وسیع و در صنایع مختلفی از قبیل نیروگاه های تولید برق ، پالایشگاه ها ، صنایع ذوب فلز و شیشه سازی ، صنایع غذایی و دارو سازی ، کاغذ سازی ، صنایع پتروشیمی ، سردخانه ها و سیستم های گرمایش و سرمایش ساختمان ها ، صنایع میعان گازها ( مانند هوا ) وسائط نقلیه زمینی ، دریایی و فضایی و صنایع الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . به طور کلی هرجا که مسئله تبدیل و تبادل انرژی مطرح باشد مبدل های حرارتی به نحوی کاربرد دارند . مبدل های حرارتی به صور مختلفی نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور ، اوپراتور ، تبخیر کننده ، برج خنک کن ، پیش گرم کن هوا ، بازیاب ، خنک کن میانی در کمپرسورهای چند مرحله ای ، فن کویل ، هواساز ، خنک کن روغن ، خنک کن و گرم کن مشتقات نفتی ، رادیاتور وسائط نقلیه ، گرم کن آب تغذیه و سوپر هیتر در نیروگاه های بخار، کوره و غیره و در صنایع فوق الذکر به کار می روند .
1-1 دسته بندی مبدل های حرارتی
دسته بندی مبدل های حرارتی می تواند بر اساس پیوستگی یا تناوب جریان ، پدیده انتقال ، میزان فشردگی ، طریقه ساخت ، آرایش جریان ، تعداد سیالات ، مکانیزم انتقال حرارت و در جه حرارت کارکرد انجام پذیرد . این دسته بندی ها در شکل 1- 1 خلاصه شده است .
1 - 1- 1 دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان
جریان سیال داخل مجاری مبدل های حرارتی یا پیوسته است یا متناوب . در مبدل های حرارتی با جریان پیوسته مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده اند و سیال گرم دائم درمجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوطه به خود جریان دارند . دو مجرای جریان توسط یک جداره جامد مانند جدار لوله یا یک ورق از هم جدا شده اند .
از طرفی دیگر در مبدل های حرارتی با جریان متناوب یا بازیاب ها[1] از یک مجموعه مجاری جریان برای هر دو سیال استفاده می شود . مجموعه مجاری جریان ، هسته مبدل را تشکیل می دهند که دو سیال به تناوب از آن عبور میکنند . تمام یا بخشی از هسته مبدل مدتی در معرض جریان سیال گرم قرار دارد که در این مدت انرژی را از سیال گرفته در خود ذخیره می نماید . سپس مدتی در مسیر جریان سیال سرد قرار گرفته و انرژی ذخیره شده رابه آن پس می دهد . این دوره تناوب مرتباً تکرارمی شود .
به عنوان مثال در کوره هائی که در صنایع شیشه سازی یا شیمیائی بکار می روند از پیش گرم کن های ساکن هوا با جریان متناوب استفاده می گردد . شکل شماتیک یکی از این پیش گرم کن ها که به کوره کوپر[2] معروف است و همراه با کوره بلند در صنعت فولاد سازی به کار می رود در شکل 1- 2 نشان داده شده است . چنانچه در شکل ملاحضه می شود این کوره از دو قسمت تشکیل شده است .
ستون سمت راست خود بازیاب است که شامل مواد متخلخل سرامیکی بوده و ستون سمت چپ اتاق احتراق می باشد . وقتی که کوره گرم کار می کند هوا وسوخت از سمت چپ و پائین اتاق وارد شده و گاز های داغ از بالای بازیاب ( ستون سمت راست ) وارد شده و از پائین خارج می شوند . پس از مدتی درجه حرارت مواد سرامیکی داخل بازیاب به حد کافی بالا می رود آنگاه ورود سوخت و هوا به اطاق احتراق قطع می شود و هوای محیط از سمت راست و پائین کوره وارد بازیاب می گردد . پس از عبور از بازیاب درجه حرارت آن بالا رفته و از سمت چپ خارج شده و وارد کوره بلند می شود .
در مبدل حرارتی با جریان متناوب ساکن غالباً لازمست جریان همیشگی دو سیال برقرار باشد . در این صورت حداقل دو هسته بازیاب موردنیاز است که درهر لحظه در یکی سیال گرم و در دیگری سیال سرد جاری باشد . درزمان های تناوب تعیین شده به وسیله شیرهای اتوماتیک جای دو سیال عوض می شود . این نوع مبدل در شکل زیر نشان داده شده است . بازیاب شکل 1-3 در میعان هوا به کا رگرفته می شود که در آن سیال گرم (هوا) و سیال سرد (ازت) به طور متناوب در دو هسته مبدل جریان می یابند .
1-1- 2 دسته بندی بر مبنای پدیده انتقال
تبادل انرژی بین دو سیال یا به صورت تماس مستقیم و یا به صورت تماس غیر مستقیم صورت می گیرد .
در نوع تماس مستقیم حرارت بین دو سیال که با یکدیگر تماس مستقیم دارند منتقل می شود . معمولاً یکی از دو سیال گاز و دیگری مایعی است با فشار بخار خیلی پایین و پس از تبادل حرارت به سادگی از یکدیگر قابل تفکیک هستند . برج خنک کن نوع مرطوب که در شکل 1-4 نشان داده شده است از این نوع مبدل حرارتی می باشد . کاربرد دیگر آن کندانسور فواره ای است که در آن پاشش آب به داخل بخار آب یا سایر سیالات باعث تقطیر آن بخار می گردد .
در یک مبدل حرارتی نوع تماس غیر مستقیم حرارت ابتدا از سیال گرم به یک سطح جامد نفوذ ناپذیر ( مثلاً سطح جداره لوله ) منتقل شده و سپس از آن به سیال سرد انتقال می یابد . به این نوع مبدل حرارتی ، مبدل حرارتی سطحی نیز گفته می شود که خود به سه دسته زیر تقسیم می شود :
1- انتقال مستقیم
2- ذخیره انرژی
3- بستر سیال
در مبدل حرارتی نوع انتقال مستقیم دو سیال به وسیله یک جداره جامد ( جداره لوله یا یک ورق ) از هم مجزا شده اند . تمام مبدلهای حرارتی با جریان پیوسته از این نوع هستند . هیچ قطعه متحرکی در مبدل های حرارتی وجود نداشته و با آب بندی های مناسب از اختلاط دو سیال جلوگیری می شود .
مبدل های حرارتی که برا اساس ذخیره انرژی کار می کنند همان بازیاب ها هستند که دربخش قبل مورد بحث قرار گرفتند .
در شکل 1- 5 یک مبدل حرارتی با بتسر سیال[1] نشان داده شده است . جریان یک گاز از یک بستر ذرات جامد ( ماسه، ذغال سنگ ، ذرات آلومینا ، کاتالیزور و... ) باعث سیالی شدن این بستر خواهد شد . در حالت سیالی شده ذرات جامد در داخل گاز به طور یکنواخت مخلوط و پراکنده خواهد شد . اگر سرعت رو به بالای گاز کم باشد ذرات در روی بستر باقی مانده و پراکنده نخواهند شد . از طرفی اگر سرعت گاز زیاد باشد ذرات را با خودش به خارج مبدل حرارتی حمل خواهد نمود . فقط در یک سرعت مناسب است که نیروی دراگ رو به بالا روی ذرات کمی بیشتر از وزن آنها بوده و این ذرات به صورت معلق و پراکنده د رگاز خواهند ماند .
گرچه ضریب انتقال حرارت بین یک گاز در جریان و یک سطح جامد بین w/mc° 30 تا w/mc° 100 می باشد اما این ضریب برای یک بستر سیال تا w/mc° 700 نیز می رسد
مبدل های حرارتی بستر سیالی در تبدیل پودر ذغال سنگ به گاز ، بازیابی انرژی حرارتی خشک کن ، راکتور های شیمیای و غیره به کا ربرده می شوند .
و...
دانلود پایان نامه اثر پارامتر های هندسی بر روی انتقال حرارت و افت فشار
