بخشی از مقاله
چکیده
تحقیقات بسیاری در استفاده از مولدهای گردابه جهت بهبود انتقال حرارت مبدلهای حرارتی در چند سال اخیر وجود دارد. در تحقیقات پیشین، انواع مختلفی از مولدهای گردابه در مبدلهای حرارتی صفحه پره ای به صورت حلهای عددی و برخی نیز مبتنی بر کارهای آزمایشگاهی و تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است.
در پژوهش حاضر تاثیر شش مولد گردابه مختلف بر روی عملکرد مبدل حرارتی صفحه-پره با مقطع کانال مثلثی مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیلهای مورد نیاز به کمک نرم افزار انسیس-فلوئنت انجام شده است. تاثیر مولد گردابه در کانال با مشاهده دمای کانال و عدد ناسلت در حضور مولد گردابه بررسی شده است.
-1 مقدمه
مبدل حرارتی یک دستگاه پیچیده است که انتقال حرارت بین دو یا چند سیال که در دماهای مختلف و در تماس گرمایی هستند را فراهم میکند. نیاز عمده به تبادل حرارت برای انجام فرآیندهای صنعتی سبب شده است تا مبدلهای حرارتی به طور چشمگیری در بخشهای صنعتی و مهندسی نظیر صنعت خودروسازی، صنایع هوافضا، تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاهها و مورد استفاده قرار گیرند. مبدلهای صفحهای به دلیل داشتن مزایای متعدی نظیر حجم و وزن کم، بازده بالا، صرفهجویی در مصرفانرِژی، تعمیر و نگهداری آسان و قیمت مناسب در اکثر کاربردها جایگزین مناسبی برای مبدلهای حرارتی پوسته و لوله به شمار میروند.
امروزه در سراسر دنیا کارخانه های فراوانی یافت میشوند که در زمینه ساخت مبدلهای حرارتی فعالیت میکنند. آنها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدلهای حرارتی در سایزها و گونههای مختلف مبادرت میورزند. به همین جهت تا کنون تحقیقات فراوانی در راستای افزایش انتقال حرارت مبدلهای حرارتی صورت گرفته است.
لطفی و همکاران [1] به تجزیه و تحلیل سه بعدی به منظور بررسی انتقال حرارت و افت فشار با استفاده از چهار نوع مولد گردابه در مبدل حرارتی صفحه موجدار و لوله بیضوی پرداختند و بهترین عملکرد را با تغییر پارامترها در حالتهای مختلف بدست آوردند.
خوش وقت و همکاران [2] به مطالعه ویژگی های هیدروگرمایی در طراحی مبدلهای حرارتی صفحه پره دار به نام صفحه پره موجدار و مولد گردابه پرداختند. مخلوط آب - اتیلن گلایکول با نسبتهای مختلف به عنوان سیال عامل انتخاب و اثرات آن بررسی شد. در نتایج نشان دادند که کانال صفحهای پرهای موجدار همراه با مولد گردابه دارای بهترین کارایی هیدروگرمایی و افزایش عدد ناسلت است، کانال صفحه پرهای موجدار و کانال صفحه پرهای همراه با مولد گردابه به ترتیب در رتبههای بعدی قرار دارند. همچنین مشخص شده است که کار با مایع دارای کسر حجمی بالاتر از اتیلن گلایکول دارای عدد ناسلت پایینتری است و اثر آن در ضریب اصطکاک قابل توجه نیست.
خوش وقت و همکاران [3] به بررسی نوع مبدل حرارتی صفحه پرهدار با بال مستطیلی شکل به عنوان مولد گردابه عرضی پرداختند. به منظور دقت و اعتبار سنجی، طراحی و ساخت برای تولید یک شرط مرزی دما ثابت صورت گرفت. این شرط مرزی برای شبیهسازی CFD به خوبی قابل تعریف است. تاثیرات هفت پارامتر هندسی موثر - ارتفاع بال، عرض بال، طول کانال، گام طولی بال، گام عرضی بال، زاویه نصب بال و زاویه حمله بال - برای سه خنک کننده مختلف در جریان آرام مورد بررسی قرار گرفت.
در انتها رابطه کلی برای عدد ناسلت جریان خنک کننده در مبدل صفحه پره ای با کانال دارای مولد گردابه استخراج شده است. لطفی و همکاران [4] به شبیهسازی عددی سه بعدی CFD بر روی خواص ترموهیدرولیکی در مبدل حرارتی صفحه موجدار با لوله بیضوی به همراه سه نوع مولد گردابه پرداختند. این پژوهش با در نظر گرفتن تمام پارامترهای هندسی از قبیل شکل هندسی و زاویه حمله مولد گرداب، نسبت تفاضل قطرهای لوله و ارتفاع پره مواج صورت گرفت.
نتایج نشان دادند که با افزایش عدد رینولدز و ارتفاع باله موجدار، کاهش نسبت تفاضل قطرها، انتقال حرارت در مبدلهای صفحه موجدار با لوله بیضوی افزایش مییابد و در صورت استفاده از مولد گردابههای مستطیلی شکل زاویهدار همراه با انحنا و ذوزنقهای مستطیل شکل در زاویه حملههای کوچکتر و بزرگتر به ترتیب کارایی ترموهیدرولیکی افزایش مییابد.
وانگ و همکاران [5] مقایسهای از عملکرد سیال هوا در مبدلهای حرارتی صفحه لولهای ساده، گنبدی منفذدار و مولد گرداب نیمه گودی را ارائه دادند. آنها برای ضریب انتقال حرارت در هر هندسه با توجه به تعداد ردیف لوله ها و گام بال نتایجی را ارائه دادند. غلامی و همکاران [6] افزایش انتقال حرارت و افت فشار برای مبدلهای حرارتی فشرده صفحه لولهای معمولی با مولد گردابه های مستطیل شکل تخت و موجدار را مورد بررسی قرار دادند. بالچه مستطیلی شکل با یک موج خاص به منظور افزایش انتقال حرارت در سمت هوا استفاده شد. مولد گردابههای موجدار در دو نوع موجدار به سمت بالا و موجدار به سمت پایین مورد بررسی قرار گرفت.
