- حراج!
- −20%
تحقیق دانشجویی مبدل حرارتی انتقال حرارت سیال
مبدل های حرارتی انتقال حرارت بین دو یا چند سیال
مبدل های حرارتی معمولاً جهت انتقال حرارت بین دو یا چند سیال با دماهای مختلف استفاده میشوند.
در تمامی این کاربردها، هدف خنک نمودن سیال و یا گرم کردن سیال است. هر چند در برخی مواقع افزایش دمای یک سیال و کاهش دمای دیگری، هر دو هدف استفاده از مبادل میباشند. بعضی مبادلهای حرارتی نیز به منظور تولید بخار (تبخیر) و یا تبدیل بخار به مایع (میعان) بکار میروند.
طبقهبندی مبادلهای حرارتی براساس معیارهای مختلفی صورت میگیرد که عمده آنها عبارتند از: شکل ساختمانی، آرایش جریان سیالات، میزان فشردگی سطوح انتقال حرارت، فرآیند انتقال حرارت
Security policy (edit with Customer reassurance module)
Delivery policy (edit with Customer reassurance module)
Return policy (edit with Customer reassurance module)
مبدل های حرارتی انتقال حرارت بین دو یا چند سیال
مبدل های حرارتی معمولاً جهت انتقال حرارت بین دو یا چند سیال با دماهای مختلف استفاده میشوند.
محدوده کاربردی مبادلهای حرارتی بسیار گسترده است. به عنوان مثال مبادلهایی حرارتی در صنایع تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاهها، نفت و گاز و صنایع غذایی استفاده میشوند.
در تمامی این کاربردها، هدف خنک نمودن سیال و یا گرم کردن سیال است. هر چند در برخی مواقع افزایش دمای یک سیال و کاهش دمای دیگری، هر دو هدف استفاده از مبادل میباشند. بعضی مبادلهای حرارتی نیز به منظور تولید بخار (تبخیر) و یا تبدیل بخار به مایع (میعان) بکار میروند.
طبقهبندی مبادلهای حرارتی براساس معیارهای مختلفی صورت میگیرد که عمده آنها عبارتند از: شکل ساختمانی، آرایش جریان سیالات، میزان فشردگی سطوح انتقال حرارت، فرآیند انتقال حرارت، مکانیزم انتقال حرارت و تعداد سیالات. مبادلها از نظر ساختمان نیز از دیدگاههای متفاوتی طبقهبندی میگردند. بطور کلی مبادلهای حرارتی ثابت به دو دسته لولهای و صفحهای تقسیم میشوند. مبادلهای لولهای به نوبه خود به اشکال گوناگونی ساخته میشوند که با توجه به خصوصیاتشان، هر یک را در کاربردهای ویژهای بر سایرین ترجیح میدهند. اما بطور کلی مبادلهای حرارتی لولهای بیشترین استفاده را در صنایع دارند.
از آنجا که مبادلهای حرارتی به منظور انتقال حرارت بین جریان دو سیال بکار گرفته میشوند، به هنگام طراحی و ساخت آنها علاوه بر مسائل عملیاتی به شیوههای بهبود انتقال حرارت بین دو سیال توجه بسیاری میشود. به خصوص امروزه با اهمیت یافتن انرژي، روشهای افزایش میزان انتقال حرارت در مبادلهای حرارتی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. افزایش میزان انتقال حرارت موجب کاهش اندازه مبادل و در نتیجه کاهش هزینه ساخت آن میگردد. به طور کلی روشهای افزایش انتقال حرارت در مبادلها به دو دسته روشهای فعال[1] و روشهای منفعل[2] تقسیم میشوند.
در روشهای فعال نیاز به نیروهای خارجی میباشد. ایجاد میدانهای الکترواستاتیک، ایجاد ارتعاشات سطحی، ایجاد ارتعاشات سیال، تزریق و مکش نمونههایی از روشهای فعال میباشد. در روشهای منفعل که کاربرد بیشتری دارند، ایجاد تغییراتی در هندسه سطح انتقال حرارت و یا استفاده از مواد افزودنی به سیال عامل موجب افزایش میزان انتقال حرارت میگردد. سطوح زبر، سطوح گسترش یافته، کویلها، ایجاد جریان چرخشی، افزایش کشش سطحی نمونههایی از روشهای منفعل میباشند.
مبادلهای مارپیچی[3]
یکی از انواع روشهای منفعل بهبود انتقال حرارت، استفاده از ساختار مارپیچی برای لولهها به جای لولههای معمولی (مستقیم) میباشد. در مقایسه با لولههای پیچشی دارای سطح فشردهتری بوده و ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک بیشتری دارند. هنگامی که سیال درون لولههای پیچشی جریان مییابد، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز قرار میگیرد. این نیروی گریز ازمرکز موجب ایجاد جریان ثانویه در سیال گشته و در نتیجه این جریان ثانویه موجب افزایش سرعت محوری جریان در نزدیکی دیواره خارجی لوله میشود. افزایش سرعت محوری موجب کاهش مقاومت حرارتی و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت خواهد شد. البته افزایش سرعت موجب افزایش ضریب اصطکاک و در نتیجه افزایش افت فشار سیال نسبت به لوله مستقیم نیز میگردد. در لولههای پیچشی ضریب انتقال حرارت و افت فشار علاوه بر عوامل معمول منجمله: عدد رینولدز، عدد پرانتل، نیوتنی یا غیرنیوتنی بودن سیال، شرایط مرزی دیواره به عوامل مانند نسبت شعاع لوله به شعاع کویل و گام کویل نیز بستگی دارد. بطور کلی، به علت ساختمان فشرده و بالا بودن ضریب انتقال حرارت در کویلها، مبادلهای حرارتی لوله پیچشی در صنایع مختلفی چون صنایع کرایوژنیک، مایعسازی گاز طبیعی، صنایع غذایی و دارویی، تبرید و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار میگیرند. در شکل (1-1) نمایی از مبادل مارپیچی ساده و یک مبادل مارپیچی دوتایی نشان داده شده است.
شکل (1-1) نمای جانبی و بالای دو نوع مبادل مارپیچی (ساده و دوتایی)
فصل دوم
2-1- جریان داخل لولههای مارپیچی
بدلیل جریان ثانویه ایحاد شده توسط نیروی گریز از مرکز در لولههای مارپیچی، مؤلفههای سرعت در هر سه جهت مختصات حتی در جریان کاملاً توسعه یافته ایجاد میگردد. در سالهای گذشته بدلیل پیچیدگی تحلیل، بر روی جریان و انتقال حرارت سیالات درون لولههای منحنی، از نظر تئوری و تجربی مطالعات زیادی انجام گرفته است که به مرور آنها پرداخته خواهد شد.
دین[4] برای اولین بار متوجه ایجاد جریان ثانویه درون لولههای خمیده شده و گروهی بیبعد جهت بررسی جریان معرفی نمود که عدد دین نام گرفت:
(2-1)
که در آن d قطر لوله و R شعاع انحنای کویل میباشد. پارامترهای هندسی یک کویل مارپیچ در شکل (2-1) دیده میشود. P گام عمودی کویل و زاویه پیچش کویل میباشد. شایان ذکر است که در این نوع از لولههای مارپیچ مشخصات هندسی ذکر شده در سرتاسر کویل ثابت میباشد.
شکل (2-1) پارامترهای هندسی یک کویل مارپیچ [1]
در لولههای پیچشی، شعاع انحنای مؤثر در هر دور تحت تأثیر گام کویل بوده و به صورت رابطه (2-2) تعریف میگردد ، با استفاده از شعاع انحنای مؤثر در تعریف عدد دین به جای شعاع انحنا، گروه بیبعد جدیدی بوجود آمده است که عدد پیچش کویل نامیده میشود (رابطه (2-3)).
(2-2) (2-3)
برای لولههای صاف، در منحنی ضریب اصطکاک برحسب عدد رینولدز، یکی ناپیوستگی ظاهر میشود که از آن جهت تعیین عدد رینولدز بحرانی
[1] . Active
[2] . Passive
[3] . Helical Heat Exchangers
[4] . Dean