بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله بعد از توضیح مفهوم مبدل حرارتی و آشنایی با انواع آن، یک مبدل حرارتی پوسته لوله را در نرم افزار تحلیل سیالاتی انسیس فولنت مورد ارزیابی قرار می دهیم و میزان نیروی محرکه حرارتی - اختلاف دمای لگاریتمی - که رابطه مستقیم با نرخ انتقال حرارت در مبدل حرارتی دارد را برای دو جریان موازی و معکوس محاسبه می کنیم.که با توجه به بررسی های صورت گرفته در این مقاله در آخر پی میبریم که میزان اختلاف دمای متوسط لگاریتیمی در جریان معکوس بیشتر از جریان موازی است که این نشان دهنده کارآمدی بیشتر مبدل حرارتی پوسته لوله با جریان معکوس است.
.1 مقدمه
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال - گاز یا مایع - به دیگری استفاده میشود. مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار میگیرند. از رایجترین مبدلهای حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است.
مبدل های حرارتی را می توان به چهار دسته هوا خنک، صفحه ای و پوسته لوله دسته بندی کرد که هرکدام بنا به کارایی، هزینه، هندسه و وزن خود در موارد خاصی مورد استفاده قرار می گیرند.
.2 انواع مبدل حرارتی
1,2 مبدل حرارتی هوا خنک مبدلهای هوا خنک یا کولرهای هوایی، مبادله کننده های حرارتی هستند که در آنها سیال وارد فرآیندی با جریان هوا خنک میشود. در این مبدلها بخارات گرم درون مجموعهای از لولهها که به صورت افقی کنار هم قرار گرفتهاند توزیع میشود، جداره خارجی لولهها به پره مجهز شده است تا سطح انتقال حرارت بین سیال داخل لولهها با هوای خنک افزایش یابد .ه مقالات کامل توسط داوران کنفرانس مورد ارزیابی قرار میگیرند.
این مبدلها از نظر شکل جریان، از نوع متقاطع میباشند که جریان هوای لازم برای خنک کردن سیال داخل لولهها به وسیله یک فن تأمین میشود. اگر این فن بالای لولهها قرار گیرد به آن مکشی و اگر پایین لولهها قرار گیرد به آن دمشی گویند. نوع مکشی به علت ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا بازدهی بیشتری دارد. در نوع مکشی اگر موتور گرداننده نیز به همراه فن در بالای لولهها قرار گیرد به علت قرار گرفتن در معرض هوای گرم زودتر مستهلک میشود. برای رفع این مشکل میتوان نیرو را با استفاده از شفت به فن تبدیل نمود و موتور را در محل مناسب تری قرار داد.
شکل.1 مبدل حرارتی هوا خنک
2.2 مبدل حرارتی صفحه ای مبدل حرارتی صفحهای نوعی مبدل حرارتی است که با استفاده از تعداد زیادی صفحات فلزی نازک،موجب تبادل حرارت بالا بین سیال گرم و سرد میشود.اساس عملکرد این نوع مبدل به این شکل است که از دو جهت مخالف سیال سرد و گرم وارد مبدل میشوند. سیالات وارد شده به صورت یکی در میان بین صفحات فلزی جریان مییابند و با یکدیگر تبادل گرما میکنند.از مزایای ویژهای مبدل عبارت است از انتقال حرارت بهتر و بازدهی بالاتر نسبت به سایر مبدل ها، قابلیت تغییر سطح تبادل حرارت، فضای اشغال شده کمتر، تعمیر و نگه داری آسان و حجم کم مایع ذخیره شده در مبدل می باشد.
شکل.2 مبدل حرارتی صفحه ای
3.2 مبدل حرارتی پوسته لوله مبدل حرارتی پوسته و لوله نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیر نفت خام دارد. همانطور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانهای شکل بزرگ - پوسته - در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است.مایع در داخل لولهها حرکت میکند و بخار داغ بر روی لولهها و درون پوسته جریان دارد.به علت تعداد زیاد این لولهها و سطح تماس بالایی که ایجاد میکند،حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش میآورد.
شکل.3 مبدل حرارتی صفحه ای
.3 انواع آرایش جریان در مبدل حرارتی پوسته لوله
در مبدلها به طور کلی ممکن است مسیر حرکت سیالهای سرد و گرم نسبت به هم دو وضعیت داشته باشند.در حالت اول ممکن است دو سیال از یک ناحیه از مبدل وارد شده و به طور هم مسیر با هم در طول مبدل، تبادل حرارت کنند و از ناحیه دیگر به طور هم زمان خارج شوند.این نوع مبدل به مبدل با جریانهای موازی معروف است.در نقطه مقابل مبدلهای با جریان متقابل قرار دارند که در آن سیال سرد و گرم از دو نقطه مقابل هم وارد میشوند به طوری که در محل خروج سیال سرد، سیال گرم وارد و در نقطه خروج سیال گرم، سیال سرد وارد میشود.
شکل.4 شکل شماتیک جریان موازی - سمت راست - و جریان متقابل - سمت چپ -
