بخشی از مقاله
چکیده
لوله گردابی دوجداره لوله گردابی معمولی است که اجازه عبور دوباره جریان از روی لوله گرم را میدهد و برای اولین بار در این مقاله معرفی میشود جریان در این طرح جدید، پس از عبور از شیر مخروطی اجازه پیدا نمیکند تا از خروجی گرم خارج شود، بلکه مجددا از روی لوله گرم میگذرد و اتلاف حرارتی لوله گرم را افزایش میدهد برای بررسی میزان جدایش دمایی که به وسیله لوله گردابی دو جداره اتفاق میافتد، عملکرد این لوله گردابی بهصورت تجربی آزمایشو با عملکرد لوله گردابی معمولی مقایسه شده است
آزمایش برای فشار ثابت بار، با گاز طبیعی انجام میشود نسبت طول لوله به قطر لوله گرم در هر دو نمونه لوله گردابی میباشد قطر اریفیس سرد هر دو ژنراتور 6/4 میلیمتر است مشاهده شد عبور مجدد جریان از روی لوله گرم در لوله گردابی دو جداره، بازده سرمایشی لوله گردابی معمولی را در نقطه بیشینه اختلاف دمای سرد بهبود بخشیده است کسر جرمی سرد که در آن کمینه دمای سرد در لوله گردابی دو جداره اتفاق میافتد کمتر از مقدار مربوط به لوله گردابی معمولی میباشد.
-1مقدمه
لوله گردابی معمولی وسیلهای است که یک جریان گاز پر فشار را به دو جریان گرمتر و سردتر تبدیل میسازد، جریان گاز به صورت مماسی وارد لوله گردبادی معمولی میشود و با سرعت چرخشی بالا به حرکت خود در سمت لوله گرم ادامه می دهد و بخشی از جریان از این سمت خارج میشود بخش دیگری از جریان برگشته و از سمت مخالف با دمای پایین تر خارج میشود
علاوه بر عملکرد سرمایشی و گرمایشی، لوله گردابی معمولی ساده، ارزان و مطمئن بوده و نیاز به تعمیرات ندارد این ویژگی ها باعث شده است که در صنعت جایگزین مناسبی برای تجهیزات خنک کاری و گرمایش نقطه ای باشد
شرکتهای مطرحی در دنیا ساخت لوله گردابی معمولی را انجام می دهند که از آن جمله می توان به سه شرکت آریزونا ورتکس، نیو من تولز و اگزایر اشاره نمود لوله گردبادی شرکت نیو من تولز جریان هوای ورودی فیلتر شده با فشار6/9 بار و دمای×ٌٍ درجه سلسیوس را به دو جریان با دمای×ًُ- و58 درجه سلسیوس تبدیل میسازد
آیمسا و پرومونگ محدودههای دمایی سرد و گرم را که در کارهای تجربی گذشته گزارش شده بود، گردآوری کردند این محدوده با توجه به شرایط آزمایش متفاوت، از جمله سیال عامل، فشار و لوله های گردابی معمولی با ابعاد و طراحی های متنوع، متغیر میباشد تولید کنندگان نام برده شده، کاربردهای زیادی را برای لوله گردابی پیشنهاد داده اند که میتوان به خنک کاری در عملیات ماشین کاری، خنککاری مدار الکترونیکی، سرد کاری قالب تزریق پلاستیک، خشک کردن جوهر روی برچسبها و بطریها، تست حرارتی سنسورها، رطوبت گیری از گازها و سرد کردن پره ها اشاره کرد
طرحوارهای از عملکرد لوله گردابی معمولی در جدایش دمایی در شکل 1 نشان داده شده است جریان ورودی به لوله گردابی معمولی با فشار بالا از طریق نازل مماسی وارد لوله اصلی شده و به وسیله این نازل ها یک جریان گردابی تولید میشود به واسطه اصطکاک بین لایه های بیرونی و درونی، اختلاف فشاری بین جریان در ناحیه دیواره و جریان مرکزی به وجود می آید؟ این گرادیان فشار شعاعی یکی از عوامل جدایش دمایی بین دو جریان است؟ به واسطه اصطکاک دیواره، سرعت جریان در اطراف دیواره کمتر از سرعت جریان در ناحیه مرکزی است در نتیجه انرژی از جریان مرکزی به جریان کناری منتقل میشود
گاز علاوه بر حرکت چرخشی ذکر شده، در امتداد محور لوله نیز حرکت کرده و به سمت خروجی جریان مییابد شیر انتهای گرم اجازه نمیدهد که همه جریان از انتهای گرم خارج شود و از خروج جریان مرکزی جلوگیری میکند در سمت سرد لوله گردابی معمولی، اریفیسسرد قرار دارد که بخشی از جریان مرکزی از طریق آن خارج می شود
با آزمایش، آلبورن و گردون متوجه شدند که بخشی از جریان درون لوله گردابی معمولی سیرکوله میشود در شکل ×ٍبه وجود آمدن جریان گرداب ثانویه در حل عددی مشاهده میشود محل تشکیل این گردابه درون لوله گرم بوده و با افزایش فشار جریان ورودی میتواند کشیده تر شود آلبورن و همکاران گردباد ثانویه را به عنوان یک سیکل ترمودینامیک کلاسیک در نظر گرفتند که حرارت را بین دو جریان بیرونی و مرکزی منتقل میسازد؟ رانکیو در آزمایشاتی که در مورد جداکننده های سیکلونی انجام میداد به طور کاملا تصادفی متوجه گرادیان دما شد و لوله گردابی معمولی توسط وی اختراع و در سال به نام او ثبت شد تا سال×ٌُُّ که هیلش اقدام به انتشار اطلاعات خود از یک بررسی عددی در زمینه کارکرد گرمایی لوله گردابی معمولی کرد علاقه مندی زیادی به این موضوع وجود نداشت
بعضی از جزئیات ساختمانی اولیه بههمراه یک تئوری برای توصیف علت این پدیده در مقاله ارائه شد لوله گردابی رانکیو؛ هیلش، لوله گردابی رانکیو و لوله گردابی هیلش برخی از نامهای مورد استفاده برای این وسیله هستند در دهه های اخیر تحقیقات بیشتری درباره ی لوله گردابی معمولی برای بهبود عملکرد و بیان علت جدایش دمایی ادامه پیدا کرده است همچنین ابتکارات زیادی روی آن انجام شده است بهطور کلی تحقیقات این حوزه را میتوان به دو بخش عددی و تجربی تقسیم نمود که هدف از آنها بالا بردن کارایی وسیله و بیان علت جدایش یا بیان تئوری لوله گردابی می باشد
در تحقیقات تجربی و عددی روی بخش های مختلف لوله گردابی چون قطر و زاویه اریفیس سرد، سطح مقطع ورودی و تعداد نازل، شکل کانال نازل، زاویه شیر مخروطی و زاویه واگرایی لوله گردابی آزمایشهای فراوانی انجام شده است تا عملکرد وسیله ارتقا یابد به موازات این پژوهشها، اثر پارامترهایی مانند فشار ورودی، دبی جرمی جریان سرد و گرم، نوع سیال عامل و میزان رطوبت نیز بررسی شده است سینگ و همکاران×بِ×ب روی سطح مقطع ورودی نازل که موثر در تشکیل گردابی است، بررسی هایی تجربی انجام دادند آیمسا و پروموونگ ×[4] عدد../33 را برای نسبت قطر نازل به قطر لوله گردابی گزارش نمودند.
شکل ×1مسیر جریان از ورودی به خروجی گرم و سرد در لوله گردابی معمولی
تعداد کانالهای جریانی که بر روی ژنراتور قرار گرفته اند نیز از پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد لوله گردابی است و به همین دلیل موضوع بسیاری از تحقیقات عملی و نظری شده است کرماچی×بّ×ب به صورت آزمایشگاهی برای تعداد متغیر نازل، تحلیل اگزرژی را انجام داده و جدایش انرژی را بررسی کرد شمس الدینی و حسینی نژاد×بْ×ب نیز اثر تعداد نازل ها را به صورت عددی مورد مطالعه قرار دادند آنها گزارش کردند که که هر چه تعداد نازل ها در مدل سه بعدی افزایش یابد، عملکرد لوله گردابی به مدل دو بعدی تقارن محوری نزدیک تر میشود
آیمسا نشان داد که لوله گردابی با نازل مارپیچی در مقایسه با لوله گردابی با نازل مماسی معمولی برای یک فشار ورودی معین و در یک کسر جرمی سرد خاص، عملکرد بهتری در کاهش دمای جریان سرد دارد پورمحمود و همکاران نیز در مطالعهای عددی اثر ورودی حلزونی را با ورودی نازل معمولی بررسی کرده اند آنها به صورت عددی اثر نازل مارپیچی را بر روی توان سرمایشی لوله گردابی مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که این نازل باعث افزایش سرمایش میگردد
