بخشی از مقاله
چکیده
مبدلهای لولهای پرهدار جزء مبدلهای فشرده هستند که از ویژگیهای بارز آنها میتوان به سطح تبادل حرارتی بالا و اشغال فضای کمتر اشاره کرد. این مبدلها برای تبادل حرارت بین دو سیال گاز و مایع مورد استفاده قرار میگیرند. در این پژوهش نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب انتقال حرارت و ضریب افت فشار پرههای حلقهای و دندانهدار با آرایش مثلثی با هم مقایسه شده است.
نتایج آزمایشگاهی در نظر گرفته شده برای پرههای حلقهایی توسط پژوهشگرانی به نام بریگز- یانگ، هویت، رابینسون- بریگز، ربس- ایکلس- سباتینو و برای پرههای دندانهدار توسط ارلینگ نس و وایرمن به دست آمدهاند. نمونه مورد نظر برای حل عددی به صورت سه بعدی انتخاب شده و روش عددی ناویر- استوکس میانگینگیری شده رینولدز - - k- برای مدل سازی آشفتگی به کار رفته است.
در این پژوهش که در محدوده ی عدد رینولدز بین 5000 تا 20000 انجام شده است، مشاهده میشود که در صورت جایگزینی پرههای دندانهدار به جای پرههای حلقهای، ضریب انتقال حرارت 6/5 درصد و ضریب افت فشار 58 درصد افزایش مییابد. علت این افزایش، بیشتر شدن میزان آشفتگی جریان به دلیل هندسه پره و همچنین نفوذ جریان سیال به ریشه پرهها میباشد. نتایج آزمایشگاهی نیز نشان میدهد که در صورت جایگزینی پرههای دندانهدار به جای پرههای حلقهای، ضریب انتقال حرارت 4 درصد و ضریب افت فشار 45 درصد افزایش مییابد.
-1 مقدمه
استفاده از مبدلهای فشرده به علت اشغال فضای کمتر و سطح تبادل حرارتی بیشتر همواره مورد توجه بوده است. مبدلی که در این پژوهش بررسی شده است، مبدل لولهای پرهدار است که در واحد تولید ورق گالوانیزه در بخش انتهای کوره آنیل، به منظور کاهش دمای جو کوره استفاده میشود. برای محاسبه ضرایب افت فشار و انتقال حرارت دسته لولهها با پره های حلقهای آزمایشهای گوناگونی انجام شده است که ازجمله آنها می توان به پژوهش های بریگز- یانگ [1]، هویت [2] برای ضریب انتقال حرارت و نتایج ربس - ایکلس -سباتینو [3] و رابینسون - بریگز [4] برای ضریب افت فشار اشاره کرد.
برای محاسبه ضریب انتقال حرارت و افت فشار دسته لولههای با پرهی دندانهدار، به ترتیب از نتایج آزمایشگاهی ارلینگ نس [5] و وایرمن [6] استفاده شده است. در حیطهی تحلیل عددی برای پرههای دندانهدار نیز می توان به پژوهشهای آقای استوارت میشل وین [7] اشاره کرد که در آن کانتورهای توزیع دما و خط جریان بر روی دسته لولههای پرهای دندانهدار نشان داده شده است .
به دلیل هزینه بر بودن نتایج آزمایشگاهی، زمان بر بودن آزمایش، خطای در آزمایش و ضرورت استفاده از تجهیزات اندازه گیری پیشرفته، روش های عددی با حذف موارد یاد شده می توانند جایگزین مناسبی باشند. در این پژوهش، تأثیر استفاده از پرههای دندانهدار به جای پرههای حلقهای، بر ضرایب انتقال حرارت و افت فشار بررسی شده و نتایج حاصل از تحلیل عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است تا صحت و درستی نتایج عددی تایید شود.
-2 مبدلهای لولهای پرهدار
به منظور جبران کردن ضریب انتقال حرارت کم سیالات گازی و افزایش تبادل حرارت در مبدل های گاز- مایع، استفاده از لولههای پرهدار مورد استقبال قرارگرفته است. از میان انواع مختلف لولههای پره دار، پرههای حلقهای و دندانهدار به دلیل سادگی در فرآیند ساخت و ارزانتر بودن نسبت به موارد دیگر، کاربرد بیشتری دارند.
-1-2 ضریب انتقال حرارت پره حلقهای
برای به دست آوردن ضریب انتقال حرارت سیال بروی دسته لولههای با پرهی حلقهای نتایج آزمایشگاهی گوناگونی وجود دارد که ازجمله رایجترین آنها میتوان به نتایج بریگز- یانگ و هویت اشاره کرد. "شکل"1جزییات مبدلهای لولهای پرهدار با پرههای حلقهای را نشان میدهد.
-1-1-2 روش بریگز- یانگ
این نتایج درسال 1963 توسط بریگز و یانگ مطرح شد. ضریب انتقال حرارت برای پره های حلقه ایی با آرایش مثلثی در محدوده رینولدز 1000تا 20000 طبق این روش از رابطه - 1 - به دست میآید که یک روش قابل اطمینان و ذکر شده در مراجع طراحی مبدل [8] می باشد. برای محاسبه عدد ناسلت باید حداکثر سرعت را از رابطه - 2 - و عدد رینولدز را از رابطه - 3 - به دست آورد .
