مقاله تحلیل تاثیر جنس لوله بر میزان تنش های حرارتی در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله

word قابل ویرایش
13 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

تحلیل تاثیر جنس لوله بر میزان تنش های حرارتی در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله
چکیده
مبدل های حرارتی پوسته لوله ١ از متداول ترین مبدل های استفاده شده در صنایع می باشـند یکـی از خرابـی هـای بسـیار متـداول در صنعت ، شکست لوله ها در محل عبور از صفحات نگه دارنده لولـه هـا است . وقتی سیالهای سمت پوسته و سمت لوله با اختلاف دمای بالا در مبدل جریان می یابند، گرادیان دمای بالایی در لوله ها بـه وجـود می آید که این گرادیان دمای بالا سبب به وجود آمدن تنش حرارتی در لوله ها(به خصوص در محل اتصال لوله ها به صفحه نگه دارنده لوله که امکان انبساط و انقباض وجود ندارد) می شود. لذا در این تحقیـق سعی می شود با اعمال تغییراتی اثر تـنش حرارتـی در ایـن شکسـت کاهش یابد. در واقع راهکارهایی مدنظر هستند که بتوان با استفاده از آن ها در ساخت مبدلهای در صنایع مختلف تغییراتی ایجاد کنیم که نتیجه آن کاهش اثرات تنش های حرارتی بر شکست لوله های مبـدل در محل اتصال به صفحه نگه دارنده لوله ها باشد. به ایـن منظـور بـا تغییر دادن جنس لوله ها و جایگزین کردن جنس مورد نظـر، توزیـع تنش حرارتی و اثرات آن بر خرابی لوله ها مورد تجزیه و تحلیل قـرار می گیرد. نتایج حاصله نشان می دهد که با تغییر دادن جنس لوله ها می توان میزان تنش های حرارتی در محل اتصال لوله به صفحه نگـه دارنده کاهش می یابد. و از بین جنس های مورد تحلیل لولـه هـای برنجی کمترین میزان تنش را داشته و در عین حال بیشترین میزان انتقال حرارت را نیز تامین می کند.
واژه های کلیدی
مبدل حرارتی پوسته و لوله ، تنش حرارتی ، جنس ، گرادیان دما

مقدمه
در بسیاری از کاربردهای مهندسی ، فرآیند تبادل حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف که توسط دیوار جامدی از هم جدا شدهاند یافت می شود. وسیله ای که در آن این تبادل حرارت صورت می گیرد، مبدل حرارتی نامیده می شود که دارای کاربردهای زیاد و انواع مختلفی است . مبدلهای پوسته و لوله به خاطر گسستردگی انواع و اقسام، متداولترین مبدلهای مورد استفاده در صنعت هستند.
پارامترهای موثر در طراحی یک مبدل حرارتی پوسته لوله قطر لوله ، آرایش لوله ها، فاصله بافل ها و جنس لوله ها می باشد.
تحقیقات زیادی در جهت بررسی علل و عوامـل خرابـی در ایـن مبدلها انجام شده که یکی از مهمترین این عوامل تنش های حرارتی است . ویسل و همکارانش [۵] در سال ٢٠٠۵، با استفاده از روش اجزا محدود توزیع دما، انتقال حرارت و تنش حرارتی که به دلیل اختلاف دما در لوله های شیار دار به کار رفته در مبدل حرارتی پوسته و لوله به وجود می آیند را مورد مطالعه قرار دادند و اثرات شیارها روی نـرخ تنش حرارتی به وجود آمده را بررسی کردند. در این تحقیق که در حالــت دوبعــدی و پایــدار انجــام شــده اســت . ویکتــور ایوانــوا و همکارش [٩] در سال ٢٠١٢، با استفاده از مدل اجزا محدود به پیش بینی توزیع دما در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله پرداختند در این تحقیق سه مبدل حرارتی مختلف در صنعت در نظر گرفتـه شـده و داده های میدانی آنها با نتایج بدست آمده از حل تحلیلی مقایسـه شد.
مدل سازی و روش کار
ابتدا با استفاده از نقشه های موجود یک مدل[٢] از مبدل با نرم افزار CATIA ایجاد می شود. این مدل شامل ناحیه ورودی سمت پوسـته مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد که ابعاد فیزیکی آن در جـدول شماره ١ قابل مشاهده می باشند.

سپس مدل را با استفاده از نرم افزار گمبیت و روش تتراهدرال مش بندی[٣،۶] می کنیم . تصویر مدل مش بندی شده در شکل
شماره ١ ارائه شده است .

حال با اعمال شرایط مرزی دمایی که فهرست آن در جدول شماره ٢ آورده شده است ، تحلیل دمایی مدل، با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام می شود و کانتور توزیع دمای مبدل بدست می آید.

بعد از بدست آوردن کانتور توزیع دما در این قسمت ، با لینک کردن مدل موجود و نتایج حاصله از این تحلیل به بخش تحلیل ساختمانی نرم افزار و همچنین اعمال شرایط مرزی در حین کار مبدل و سایر تنظیمات لازم تحلیل تنش حرارتی انجام می شود و توزیع تنش حرارتی در شرایط کارکرد مبدل بدست می آید که می توان آن را تفسیر نمود و نتایج مورد نیاز را بدست آورد. در مرحله بعد با توجه به خصوصیات دمایی مواد مختلف مانند ضریب انبساط حرارتی ، ضریب پخش حرارتی و غیره پس از بررسی مقالات و همچنین کاربرد مواد مختلف در سایر تجهیزات صنعتی مشابه چند جنس جدید در نظر گرفته شده و کلیه مراحل فوق برای آنها تکرار می شود. درنهایت نتایج حاصله را مورد مقایسه و تحلیل قرار داده تا بهترین جنس از نظر تولید تنش حرارتی و شکست ناشی از آن تعیین شود. در انجام تحلیل خواص ترموفیزیکی سیال درون لوله و پوسته ثابت در نظر گرفته می شود. جنس ، دما، فشار و سرعت سیال- های ورودی و خروجی به لوله و پوسته و همچنین فاز آنها نیز مشخص و ثابت است .
انجام تحلیل و نتیجه گیری
ابتدا شرایط موجود مبدل از نظر آلیاژ مورد استفاده و شرایط مرزی و کاردکرد مبدل مورد تحلیل قرارگرفته [٨] وسپس با جایگزین کردن آلیاژهای آلومنیوم و مس (برنج ) تحت همان شرایط قبل تحلیل را تکرار کرده و نتایج را مورد بررسی و مقایسه قرار می دهیم .

با توجه به آنکه بیشترین تنش حرارتی در محل اتصال لوله ها به صفحه نگه دارنده لوله ها به وجود می آید[۴,٧،١٠]، نتایج تحلیل دمایی در شکل شماره ٢ و تنش های حرارتی حاصل در شکل شماره ٣ ارائه شده است . با مقایسه این نتایج و در نظر گرفتن تنش تسلیم آلیاهای در نظر گرفته شده دیده می شود که تنش ها به ترتیب در آلیاژ مس (برنج ) و آلومنیوم و فولاد کاهش می یابد.

برای تحقیق های بعدی در مورد کاهش اثرات تنش های حرارتی در محل اتصال لوله ها به صفحه نگه دارنده لوله ها در مبدل های حرارتی پوسته و لوله ، تغییر جنس صفحه نگه دارنده لوله و تعیین اثرات آن پیشنهاد می شود.
بررسی شرایط انتقال حرارت
از آنجایی که هدف از مبدل حرارتی انتقال حرارت از سیال به گرم به سیال سرد است . لذا اعمال هرگونه تغییرات در آنها نباید باعث کاهش بیش از حد مجاز و غیرقابل جبران در انتقال حرارت گردد. لذا شرایط و میزان انتقال حرارت در مدل پیشنهاد شده مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. با این منظور تحلیل انجام شده برای آلیاژهای مورد نظر را در چنین مرحله و برای سرعت های مختلف انجام می دهیم تا بتوان تحت شرایط مختلف نتایج را با هم مقایسه نموده و صحت آنها را مورد تائید قرار دهیم . نتایج ضریب انتقال حرارت سمت پوسته را با استفاده از عدد ناسلت متوسط سمت پوسته بر حسب عدد رینولدز بیان کنیم .
با انجام این تحلیل و بدست آوردن نتایج و بررسی انتقال حرارت متوسط در مدل که نتایج آن در نمودار ١ آورده شده است مشخص می گردد که از نظر میزان انتقال حرارت در مدل پیشنهاد شده شرایط مطلوب و مورد تائید است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 13 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد