چکیده

در مبدل دو لوله که سیال آن آب است انتقال گرما به نسبت زیاد فقط برای قسمتی از سیال که به دیواره نزدیکتر است انجام میشود و این امر باعث کم شدن کارایی مبدل میگردد. روشهای مختلفی از جمله استفاده از لولههای با خطوط مارپیچ برای افزایش دادن کارایی مبدل وجود دارد که پیچیدگی ساخت دارد. در این کار سعی شده است تأثیر استفاده از پرههای هادی در کارایی مبدل مورد بررسی قرار گیرد. پره باعث حرکت چرخشی سیال شده تا قسمت زیادی از حجم سیال فرصت تماس با دیواره را داشته باشد و همین طور با افزودن شدت تلاطم انتقال حرارت را افزایش میدهد. این پرهها میتوانند برای انواع مبدلها مورد استفاده قرار گیرند.

کلید واژه: مبدل دو لوله ای – شار حرارتی – پره های هادی

۱

اولین همایش ملی جریان سیال، ااقتنل حرارت و جرم -۱۱/۱۹۱۱۹۷۱ کد مقاهل:۸۷۲۵
مقدمه

امروزه مبدلهای حرارتی کاربرد وسیعی در صنایع بزرگ و کوچک دارند. از پالایش گاههای بزرگ تا کارگاه-های تولیدی کوچک همه به نحوی از مبدلها استفاده میکنند .[۱] مبدلها دارای ویژگیهای یکسانی هستند. در مبدل اصولاً دو ورودی و دو خروجی جریان وجود دارد و حرارت از یکی از سیالها به سیال دوم منتقل میشود. ممکن از هدف از استفاده از مبدل بالا بردن یا پایین آوردن دمای سیال کار باشد۳]،.[۲ مبدلهای دو لوله از دو لولهی هممرکز ساخته شده است که یکی از لولهها دارای قطر کمتر و در داخل لوله-

ی با قطر بیشتر قرار دارد. یکی از سیالها در داخل لولهی با قطر کوچکتر جریان دارد و سیال دوم در فضای بین لولهی با قطر بزرگ و لولهی با قطر کوچک. سطح لولهی کوچک که در دو طرف آن سیال گرم و سرد در جریان است سطح انتقال حرارت است و حرارت از طریق این سطح از سیال گرم به سیال سرد منتقل میشود. در مبدلهای دو لوله کارایی جریان مخالف بیشتر از کارایی جریان همسو است .[۴] در جریان مستقیم سیال درون لولهی صاف سیال تقریباً در مسیر مستقیم حرکت میکند. بدین معنی که اگر خطوط جریان رسم شود همگی موازی با محور خواهند بود. نتیجه این است قسمتی از سیالی که نزدیک دیواره است تا انتهای لوله نزدیک دیواره باقی میماند و قسمتی از سیال که نزدیک محور لوله از تا انتهای لوله نزدیک محور خواهد بود. قسمتی از سیال که نزدیک به دیواره است با وارد شدن به لوله و تماس با لوله-
ی با دمای متفاوت از دمای سیال، دمایش با انتقال حرارت به دمای دیواره نزدیکتر میشود. یعنی اختلاف دمای سیال و دیواره کمتر میشود. بدیهی است با کمتر شدن اختلاف دما حرارت انتقالیافته نیز کمتر خواهد بود. این در حالی است که سیال در نقاط نزدیک محور همچنان با دمای اولیه باقی مانده است ۶]،.[۵ اگر بتوان علاوه بر جهت سرعت در راستای محور یک جهت سرعت دیگر در راستای مماسی دیوارهی لوله برای سیال ایجاد شود بنا به بر طرف شدن مشکلات مذکور حرکت چرخشی سیال باعث ارتقای انتقال حرارت خواهد شد. این پرهها باید تا با افزایش کارایی که بر روی انتقال حرارت مبدل ایجاد میکند افت فشاری را در سیال باعث خواهد شد. پس اگر افت فشار پارامتر مهمی برای ما است استفاده از این روش باید بیشتر بررسی گردد.

هندسه

شکل : ۱ شماتیک مبدل دولوله

در شکل ۱ قطر لولهی کوچک برابر ۲ اینچ و قطر لولهی بزرگ برابر ۶ اینچ در نظر گرفته شده است. طول هر دو لوله برابر ۱۰ اینچ میباشد.

۲

اولین همایش ملی جریان سیال، ااقتنل حرارت و جرم -۱۱/۱۹۱۱۹۷۱ کد مقاهل:۸۷۲۵

شکل :۲ طرح پرهی لولهی داخلی
ارتفاع پره برابر ۰/۷ اینچ و اختلاف زاویهی بین ابتدا و انتهای آن برابر ۴۵ درجه است. نتایج به حالت مقایسهای برای حالت مبدل با پره و بدون پره به دست آمده است از این رو شرایط برای هر دو حالت باید یکسان میبود پس پره از طول موثر لوله نخواهد بود و در ابتدای آن قرار میگیرد.

شکل :۳ موقعیت قرار گیری پره در لولهی داخلی

شکل :۴ طرح پرهی واقع در ولهی خارجی

شکل ۴ هندسهی پرهی استفاده شده برای لولهی خارجی میباشد. زاویه همان ۴۵ درجه است و ارتفاع پره نیز ۰/۷ اینچ میباشد.

۳

اولین همایش ملی جریان سیال، ااقتنل حرارت و جرم -۱۱/۱۹۱۱۹۷۱ کد مقاهل:۸۷۲۵

شرایط مرزی و مدلسازی

سرعت سیال در خرجی در تمامی حالتها برابر ۵ متر بر ثانیه فرض شده است و برای جریان درون لوله سرعتهای ۱، ۲، ۳، ۴ و ۵ متر بر ثانیه. سیال برای هر دو جریان آب فرض شده است. دمای سیال گرم داخلی ۳۶۰ کلوین و سیال سرد خارج ۳۰۰ کلوین است. جنس لولهی کوچک مس و ضخامت آن برابر ۱ میلیمتر میباشد. شدت تلاطم برای سیال خرجی برابر ۳ درصد و برای سیال داخلی ۰,۵ درصد انتخاب شده است. فشار کار برابر فشار اتمسفر که برابر با ۱۰۱۳۲۵پاسکال. شبکهبندی در نرمافزار Gambit و تحلیل در نرمافزار Ansys Fluent انجام گرفت. مدل تحلیل مدل و خطای مجاز برابر ۱۰-۶ بود . [۷] نمودار استقلال شبکه در Error! Reference source not found.مشخص میکند که نتایج برای تعداد سلولهای ۲۵۶۰۰ و ۳۵۲۴۰ تغییرات چندانی ندارد. پس تعداد سلولی که نتایج مستقل از شبکه می-شود ۲۵۶۰۰ است.

۱۰۰۰۰۰۴٫۵
۵
۴ x

۳٫۵
۳
۱۱۲۵۰ ۲٫۵
۳۵۲۴۰ ۲ (w/m2)
25600
1.5
1 Q
0.5
0
5 1 2 3 4
V[m/s]

شکل :۵ نمودار استقلال شبکه برای مبدل بدون پره
نتایج

در نمودارهای حاضر در این کار نامهای اختصاری به ترتیبی که در جدول ۱اشاره شده است مورد استفاده قرار میگیرن