شبیه سازی انتقال حرارت مبدل حرارتی پوسته ولوله در نرم افزار فلوئنت

2014/08/21 بدون نظر ANSYS FLUENT PORTFOLIO

هدف از به کارگیری مبدل های حرارتی انتقال حرارت بین سیال گرم و سرد بوده و بسته به کاربردهای مختلف برای سرمایش یا گرمایش سیال پایه استفاده می شود. مبدل های حرارتی بنا به تعریف های مختلف به انواع مختلف تقسیم می شوند. از جمله مبدل های پوسته ولوله ای ، صفحه ای ،مارپیچ و غیره

بسته به نوع مبدل، انتقال حرارت در مبدل های حرارتی متفاوت است، در بعضی مدل ها، شبیه مبدل های پوسته لوله و صفحه ای انتقال حرارت از نوع جابه جایی اجباری و در بعضی مبدل هااز قبیل برج خنک خشک یه همان برج هل، نوع انتقال حرارت جابجایی آزاد با جریان شناوری می باشد. هرگونه ابتکاری یا ایده ای که باعث شود انتقال حرارت افزایش یاد منجر با افزایش راندمان مبدل های حرارتی میشود.( با در نظر گرفتن هزینه پمپاژ)

از جمله این کارها می تواند ایجاد موانعی جلوی حرکت سیال ، جهت ایجاد گردابه و افزایش شدت اغتشاش می باشد. هرگونه افزایش شدت اغتشاش در مبدل های حراراتی منجر به افزایش انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت جابه جایی و در نهایت منجر به افزایش راندمان مبدل های حرارتی می شود. معادلاتی که باید در شبیه سازی سیالاتی مبدلهای حرارتی حل شوندمعادلات ناویر استوکس، پیوستگی، انرژی و توربالنس می باشد.

در اکثر مبدلهای حرارتی، قانون  تغییر چگالی ، چگالی ثابت می باشد. اما در مبدل های حرارتی با نوع انتقال حرارت آزاد، چگالی متغیر بوده و تابع دما می باشد. اگر اختلاف  دیوار منبع گرم و سرد کمتر از ۲۰ درجه باشد از قانون بوزینسکی با ضریب انبساط حجمی مناسب استفاده می شود. اگز اختلاف دما بیشتر از ۲۰ درجه باشد. از تابع گاز ایده ال استفاده می شود. استفاده از قانون بوزینسکی نسبت به گاز ایده ال تسریع بیشتری در همگرایی دارد.

 در این پروژه، شبیه سازی مبدل حرارتی پوسته و لوله در نرم افزار حل گر دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت انجام شده است. معالات شبیه سازی در یک مبدل حرارتی ، معادله پیوستگی، مومنتوم ، انرژی و اغتشاش می باشد.

 

هندسه مورد نظر در نرم افزار گمبت مدلسازی و مش بندی شده و در نرم افزار انسیس فلوئنت ۱۴ شبیه سازی شده است.

نتایج این شبیه سازی از جمله افت فشار ، ضریب انتقال حرارت ، عدد ناسلت و میزان انتقال حرارت کلی با نتایج معادله نیمه تجربی بل-دلاور مقایسه شده و نشانگر دقت بالای دینامیک سیالات محاسباتی در تحلیل مبدل ها حرارتی می باشد.

نتایج حاصل از شبیه سازی مبدل حرارتی پوسته لوله را می توانید در پروفایل پیج انسیس فلوئنت در فیس بوک مشاهده کنید.

نتایج شبیه سازی مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های حرارتی به شکل لوله وپوسته و سایز های متنوع در سیسیتم های انرژی و عملیات های صنعتی به طور گسترده استفاده می شوند انجمن سازندگان مبدل های لوله ای(TEMA) نحوه ساخت و استاندارد ها  را در مورد مبدل ها مکررن منتشر می کنن.

مبدل های حرارتی لوله ای و پوسته ای ، بر اساس  دستور العمل های شرکت Tema ساخته می شوند ، از جنبه تجزیه و تحلیل ها بسیار تا بسیار دقیق  و موفق تر هستند. البته این روش های تولید و تجزیه و تحلیل به دلیل تجربیاتی که در عملیات های متفاوت واطلاعات عملی، بسیار پیشرفته تر و تکمیل تر شده است.

تجزیه و تحلیل ها، نهایتا می تواند یافتن راهی برای بهینه عمل کردن این مبدل ها و سایز های انها منجر شود. در صورت خوب عمل نکردن یک طرح، م یتوان با تغییر پارامتر های طراحی به مبدل ایده ال تر برسیم.

یک متخصص که در زمینه تغییر طرح یک مبدل حرارتی کار میکند، میداند که کدام پارامترهارا در چه جهتی تغییر دهد تا به طرح ایده ال برسد.

به عنوان ساده ترین مثال  می توان گفت اگر ضریب انتقال حرارت دیواره لوله از مقدار پیش بینی شده کوچکتر بود طراح میفهمد که سرعت کم است. و می تواند با کوچکتر کردن شطح مقطع جریان

مشعل را رفع کند.

اگر چه تعیین پارامترهای لوله ساده بنظر میاید ولی رفع همین مشکل برای دیواره پوسته بسیار سخت است.

اگر طراحدر صورت امکان بتواند  جریان و تغییرات دما را برروی دیواره پوسته  به طریقی شبیه سازی بکند رفع نقاط ضعف و مشکلات بسیار اسان تر خواهد بود.

 نرم افزارcfd (تحلیل دینامیک سیالت محاسباتی) در این زمینه  میتواند مفید باشد.

 تحلیل جریان اطراف مبدل های لوله ای و پوسته ای به دلیل و جود نشتی های زیاد به گذر گاههای سیال  فراوان در مناطق مختلف  جریان سیال  ، بسیار پیجیده و مشکل  میباشد برای طرح ها و سایز های مختلف پوسته نشتی های قابل ملاحظه و مسیر های مهم عبور سیال ممکن اسن متفاوت باشد.

اگرچه که در مبدل های حرارتی کوچک این مسیرهای سیال و نشتی ها یا وجود ندارند و یا اینکه در مقابل مسیر جریان اصلی قابل اغماض هستند.

مبدل های حرارتی که در اینجا ما مورد مطالعه قرار میدهیم مبدل حرارتی کوچک هستند. بنابر این  از نشتی ها و گذر گاههای حرارتی گوچک در مقابل جریان سیال اصلی طرفنظر میکنیم.

 حتی اگر صرفنظر نکنیم به دلیل شکل هندسی خاص پوسته جریان سیال اطراف مغشوش است وتحلیل ان بسیار پیچیده خواهد بود.

اغتشاشات برای هدایت جریان داخل پوسته از راه داخل و خارج شدن در زمان اکتساب چرخش موثر دیواره پوسته استفاده میشوند.

زمانی که استفاده موثر از لایه انتقال حرارت مهیا شود. قسمت ساده مغشوش که در ایم مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است معمل ترین نوع مغشوشی است که دارای یک معبری  می باشد که به سیال اجازه عبور در جهت موافق( موازی) یا در جهت مخالف جریان را میدهد.

جهت واگذاری انواع پروژه های انتقال حرارت و مبدل های حرارتی پوسته و لوله و مبدل های صفحه ای با شماه شرکت و همراه تماس گرفته و یا از طریق مراجعه حضوری به دفتر شرکت اقدام نمایید.آموزش فلوئنت در تهران پذیرفته می شود. انجام رفع اشکال و مشاوره کلی طرح و پروژه پذیرفته می شود.

برچسب ها

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Telegram
Telegram
logo-samandehi