بخشی از مقاله
چکیده
مبدلهای حرارتی تقریباً پرکاربردترین عضو در فرآیندهای شیمیاییاند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم میکنند. در این پروژه به دلیل استفاده فرآوان و روزافزون مبدلهای حرارتی پوسته و لوله مارپیچ در صنایع مختلف و ضریب انتقال حرارت بیشتر نسبت به دیگر مبدلهای حرارتی، این نوع مبدل را انتخاب شده است.
در این پروژه شبیهسازی کامپیوتری با کمک نرم افزار Fluent و تشکیل هندسه و شبکه با استفاده از Gambit صورت گرفته است. هدف از انجام این پروژه بررسی پارامترهای گام مارپیچ، قطر لوله، نرخ جریان آب سرد و گرم بر انتقال حرارت و اتلاف در راستای تغییر در بهبود عملکرد این مبدل خاص میباشد. نتایج به دست آمده بدین صورت بود که با افزایش نرخ جریان آب سرد، میزان نرخ انتقال حرارت نیز افزایش مییابد و همچنین افزایش عدد دین باعث افزایش عدد ناسلت و اتلاف اگزرژی میشود.
-1 مقدمه
مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده میشوند . این کاربردها شامل: نیروگاه ها، پالایشگاهها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. در این پروژه مبدل حرارتی پوسته و لوله مارپیچ به دلایل مشخصات انتقال حرارتی بهتر، از بین رفتن مناطق مرده در لوله مارپیچ و سطح مساحت بزرگتر در عین حال حجم کوچکتر انتخاب شده است. تاکنون تحقیقات بسیاری برای بررسی انتقال حرارت و اگزرژی در مبدلهای پوسته و لوله مختلف انجام گرفته است که در ادامه به شرح برخی از کارهای انجام شده در جهت بالا بردن عملکرد حرارتی مبدل حرارتی میپردازیم.
در سال 2008 شکوهمند و سلیم-پور [1] بصورت تجربی بررسی هایی پیرامون مبدل پوسته و لوله مارپیچ با استفاده از طرح ویلسون پرداختند. آنها سه مبدل حرارتی با گام حلقه21/4، 20/9و 26/7 و نسبتهای انحناء 0/157، 0/113 را برای حالتهای جریان موازی و جریان مخالف مورد بررسی قرار دادند و تمامی پارامترها نظیر دماهای ورودی و خروجی سیال سمت لوله و سمت پوسته با ابزارهای مناسب اندازهگیری کردند و ضریب انتقال حرارت سمت پوسته و لوله مبدلهای حرارتی را با طرح ویلسون مورد محاسبه قرار دادند.
در سال 2013 جمشیدی و همکاران[2] یک آنالیز تجربی پیرامون افزایش انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی مارپیچ انجام دادند. ضریب انتقال حرارت سمت پوسته و لوله مارپیج با استفاده از طرح ویلسون بدست آوردند و از وسایل آزمایشگاهی و روش تاگوچی برای بررسی تاثیر جریان سیال و پارامترهای هندسی بر نرخ انتقال حرارات استفاده کردند. بعد انجام آزمایشات، از روش تاگوچی برای بدست آوردن شرایط بهینه پارامترهای قطر ، گام مارپیچ و نرخ جریان در سمت پوسته و لوله استفاده کردند. سپس شرایط بهینه ضریب انتقال حرارت کلی برای کل مبدل حرارتی را بدست آوردند.
در سال Zan Wu 2013 و همکاران[3] بصورت تجربی افت فشار و انتقال حرارت جابجایی آب و پنج نانوسیال را با غلظت جرمی % 0/78 تا 7/04 درصد برای هر دو جریان آرام و آشفته در مبدل حرارتی مارپیچ دو لولهای مورد بررسی قرار دادند. تاثیرات نانو ذره را بر روی عدد رینولدز بحرانی نادیده گرفتند و یک رابطه جدیدی برای جریان آرام در لولههای حلقوی بدست آوردند که میتواند دادههای انتقال حرارت تجربی را به خوبی پیشبینی کند.
در سال 2014 کومار و همکاران[4]، افزایش انتقال حرارت و آنالیز افت فشار در مبدل حرارتی مارپیچی را با استفاده از نانوسیال آلومینیوم اکسید تحت جریان آشفته بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. سپس آنها به بررسی انتقال حرارت نانوسیال پرداختند و دریافتند که با افزایش عدد رینولدز سمت لوله و غلظت حجمی ذرات، ضریب انتقال حرارت کلی نیز افزایش پیدا میکند.
در سال 2015 Gabriela Huminic و [5] Angel Huminic به بررسی سه بعدی تولید آنتروپی و انتقال حرارت در مبدل حرارتی مارپیچ در جریان آرام با دو نوع متفاوت از نانوسیالها پرداختند. ضریب انتقال حرارت کلی، اثربخشی ، عدد ناسلت و تولید آنتروپی در مبدل حرارتی مارپیچ لوله در لوله با غلظت حجمی بین صفر تا 2 درصد مورد بررسی قرار گرفت. این نتیجه رسیدند که ضرایب کلی انتقال حرارت با افزایش غلظت نانوذرات و نسبت نرخ جریان جرمی ، افزایش مییابد.
نسبت نرخ جریان جرمی دارای اثر قابل توجهی بر روی ضریب کلی انتقال حرارت دارد به-گونهای که با بالا رفتن نسبت نرخ جریان، ضریب کلی انتقال حرارت در حلقه افزایش مییابد. دلیل افزایش ضریب انتقال حرارت کلی، هدایت حرارتی بالاتر نانوسیالات است که منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت میشود. از آنجا که هدایت حرارتی نانو سیال مس بالاتر از نانوسیال TiO2 است، افزایش ضریب انتقال حرارت کلی در مبدل حرارتی مارپیچ با نانوذرات مس برجسته تر از با نانوذرات TiO2 است. تغییرات اثر بخشی برای نانوسیالات TiO2 و CuO با غلظت حجمی نانو ذرات متفاوت بررسی شد
