بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر به مطالعه و شبیه سازی مبدل حرارتی صفحه ای پرداخته و تاثیر فاصله صفحات مبدل در انتقال حرارت و افت فشار مبدل بررسی و پس از تولید شبکه محاسباتی از نرم افزار FLUENT برای تحلیل جریان در مبدل و بررسی دما و فشار خروجی سیال های گرم و سرد استفاده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله صفحات از 1/5 میلیمتر دمای خروجی سیال سرد کاهش یافته است یعنی راندمان حرارتی دستگاه کمتر شده است. البته افت فشار در مبدل نیزکمتر شده است. با کمتر کردن فاصله از 1/5 میلیمتر نیز تا 1/3 میلیمتر دما افزایش ولی با کمتر شدن از 1/3 کاهش یافته است.
-1 مقدمه
در زمینه مطالعه مبدل های حرارتی صفحه ای کارهای زیادی صورت پذیرفته است. بخش عمده ای از این مطالعات مربوط به بررسی تاثیر نوع سیال روی راندمان مبدل حرارتی بوده است.
به منظور برآورد میزان افت فشار ناشی از استفاده از نانو سیال در مبدل صفحه ای صنایع شیر، سیستم آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده است و نانو سیال با درصدها یوزنی 0/25 و 0/35 و 0 /8 درصد از ذرات TiO2 مورد بررسی قرار دادند. نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده افزایش افت فشار نانو سیال نسبت به سیال پایه آب، با افزایش درصد وزنی می باشد. افت فشار در درصدهای وزنی پایین افزایش زیادی ندارد ولی با افزایش درصد وزنی نانو ذرات 0/8 - درصد وزنی - افت فشارتاحدود 8/16 درصد نسبت به سیال پایه افزایش پیدا می کند.
بررسی تاثیر نانو سیال و همچنین نانو روکش DZ بر میزان افت فشار نسبت به سیال پایه آب در یک مبدل حرارتی صفحه ای پرداخته اند. افت فشار برای نانو سیال و نانو روکش دریک درصد حجمی یکسان از نانو ذره DZ و در دبی ها و دماهای مختلف محاسبه گردید. همانطور که گزارش شده است هم با استفاده از نانوسیال و هم با استفاده از نانو روکش افت فشار افزایش داشته است ولی این افزایش برای نانو سیال نسبت به نانو روکش بسیار بیشتر بوده است.
در راستای افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای از نانو سیال هایی با پایه آب استفاده کرده اند. برای نانو سیال های مختلف با دبی های حجمی مختلف بررسی شده است.
جریان متلاطم نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم را در یک مبدل حرارتی صفحه ای بصورت دو بعدی شبیه سازی کردند و تأثیر نانو سیال بعنوان خنک کننده بر تبادل حرارت را مطالعه کردند.
تأثیر استفاده از نانو سیال اکسید مس با غلظتها و مشخصات فیزیکی مختلف و درمقایسه با آب بعنوان مایع خنککننده در یک مبدل حرارتی صفحهای بصورت مدلسازی عددی مورد بررسی قرار داده اند. تأثیر عدد رینولدز ورودی و سایر پارامترها مورد بررسی قرار گرفته و پایه مدلسازی می باشد.
در بسیاری از مطالعات دیگر محققین سعی در بهبود راندمان مبدل حرارتی صفحه ای با تغییر مشخصه های هندسی صفحه ها داشته اند. واجس و میکیلویس درسال 2015 دو مبدل حرارتی صفحه با صفحات عادی و صفحه با لایه متخلخل را در انتقال حرارت و افت فشار با هم مقایسه کردند. سیال گرم در مبدل ها آب و سیال سرد اتانول بوده است. طبق نتایج آزمایشات آن ها با افزایش زبری سطح صفحات مبدل با استفاده از لایه متخلخل ضریب انتقال حرارت برای سیال سرد یعنی اتانول افزایش و برای سیال گرم کاهش را نشان می دهد. دلیل این پدیده این است که کشش سطحی اتانول چهار مرتبه از آب کوچکتر است.
-2 مواد و روش ها
تولید شبکه و صحت سنجی
برای تولید هندسه و شبکه بندی مبدل با صفحات صاف از نرم افزار گمبیت استفاده شده است ولی برای مبدل با صفحات شیاردار هندسه در نرم افزار کتیا و تولید شبکه در Ansys meshing انجام شده است. شکل های 1 و 2 نمونه هایی از شبکه های تولید شده با این روش ها را نشان می دهد.
شکل - 1 - قسمتی از شبکه تولید شده روی صفحه بدون شیار
شکل - 2 - نمایی از شبکه محاسباتی در مبدل صفحه ای شیاردار
در هر حل عددی یکی از مهمترین قسمت ها صحت سنجی روش حل و نرم افزار مورد استفاده درتحلیل مورد نظر می باشد.
برای بررسی دقت نتایج حاصل از تحلیل استفاده شده است. چون هدف در پژوهش حاضر افزایش نرخ انتقال حرارت بین دو سیال می باشد دمای خروجی سیالات گرم و سرد حاصل از حل عددی با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. گات و همکاران آزمایش های زیادی را در شرایط و هندسه های مختلف بررسی کرده اند که به عنوان صحت سنجی از داده های سه مورد از آزمایشات آنها یعنی آزمایش های اول چهارم و هشتم استفاده شده است.
