فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل 1- مبدل حرارتی 6
1-1- پیشگفتار 6
1-2- انواع مبدل های گرمایی 7
1-3- طبقه بندی مبدل های حرارتی بر اساس آرایش جریان ها : 9
1-4- مبدل های حرارتی یک پاس Single- Pass Heat Exchanger : 11
1-5- انواع مبدل های لوله و پوسته 22
1-6- انتقال حرارت در مبدل حرارتی 35
1-7- مبانی افزایش انتقال حرارت [1] 36
1-8- روشهای افزایش انتقال حرارت 38
1-8-1- روش های فعال 38
1-8-2- روش های غیرفعال 39
فصل 2- تاثیر ملحقه های بیضوی بر جریان درون لوله [] 42
2-1- مقدمه 42
2-2- مدل فیزیکی و شبیه سازی 43
2-3- صحت سنجی 45
2-4- بررسی نتایج 46
فصل 3- بررسی تأثیر ملحقات توپر بر جریان مغشوش داخلی 49
3-1- مقدمه 49
3-2- دستگاه آزمایش 50
3-3- جمع بندی 54
3-4- تأثیر ملحقه های مدور توپر عمود بر جریان 56
3-5- بررسی تأثیر ملحقه های بیضوی مایل 63
3-6- بررسی تأثیر ملحقه های مربعی عمود بر جریان 66
3-7- بررسی تأثیر ملحقه های مستطیلی مایل 70
3-8- بررسی تأثیر ملحقه های مثلثی 72
3-9- مقایسه معیار ارزیابی عملکرد ملحقه های مختلف 74
3-10- برازش منحنی و به دست آوردن رابطه ناسلت بر حسب عدد رینولدز 77
3-11- تحلیل عدم قطعیت 79
3-12- مراجع 81
اصلاح عملکرد مبدلهای حرارتی به دلیل کاربرد وسیع آنها در صنعت در طی قرن گذشته همواره مورد توجه محققان قرار گرفته است. اصلاح ضریب تأثیر مبدلهای حرارتی میتواند به کوچکتر شدن آنها منجر شود از طرف دیگر یک مبدل حرارتی با عملکرد خوب میتواند در یک اندازه معین، گرما را با شدت بیشتر ی انتقال دهد. همچنین با اصلاح عملکرد مبدلهای حرارتی میتوان اختلاف دمای بین دو سیال را کاهش داد و از مقدار اتلاف اگزرژی کاست. تاکنون روشهای مختلفی برای اصلاح عملکرد مبدلهای حرارتی به کار گرفته شده است. افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی یکی از روشهای معمول و پر اهمیت در اصلاح عملکرد مبدلهای حرارتی است. محققان و صنعتگران با استفاده از انواع روشها همچون افزودن زبریها [ ]، دنده ها [ ] مغشوش کننده ها [ ] فنرها و نوار پیچه ها [ - ] پرزها [ - ] و ملحقات [ - - ] سعی در افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی نموده اند.
عالم رجبی و مرادی [ و ] اثر قرار گرفتن یک یا چند ملحقه حلقوی مورب با نسبت شعاعی ثابت در یک لوله افقی با دمای دیواره ثابت برای زوایای میل 30 تا 90 درجه نسبت به امتداد جر ی ان در محدوده اعداد رینولدز 1300 تا 6000 بررسی نموده و نتایج زیر را به دست آوردند.
- وقتی از چند ملحقه استفاده می شود، چیدمان بهینه زما نی است که ملحقه اول در ابتدا ی لوله و ملحقه های بعدی به فاصله ای از ملحقه قبلی قرار گیرندکه طول لوله آزمایش به فاصله های مساوی تقسیم شود.
- در بررسی اثر زاویه ملحقه نسبت به امتداد جریان، برای سه و چهار ملحقه، زاویه 45 درجه، بهترین زاویه از لحاظ افزایش انتقال حرارت و افت فشار می باشد.
- با افزایش تعداد ملحقه ها عدد ناسلت وافت فشار افزایش می یابد.
- در دامنه اعداد رینولدز مورد بررسی، در اعداد رینولدز بالاتر، اثر ملحقه ها بر افزا یش ناسلت و افت
فشار بیشتر است.
عالم رجبی وکرمی پور [ ، و ] به بررسی تأثیر چرخش ملحقه ه ای حلقو ی نسبت به یکدیگر در محدوده اعداد رینولدز 1300 تا 6000 پرداختند. ایشان تأثیر تغییر قطر سوراخ داخلی ملحقه های حلقوی را نیز بررسی کردند و همچنین آزمایشهایی در ارتباط با شکل سوراخ ملحقه انجام دادند و نیز اثر ملحقه های توپر که به شکلهای مختلفی ساخته شده اند، بر انتقال حرارت و افت فشار را بررسی کردند.
نظر به اینکه اثر ملحقات بر انتقال گرما در اعداد رینولدز بالا مورد بررسی قرار نگرفته، در ادامه پژوهشهای قبلی، در گزارش حاضر به بررسی تأثیر دیسکهای توپر بر انتقال حرارت در جریان آشفته (اعداد رینولدز تا 40000 )، درون لوله ای که در شرایط دمای دیواره ثابت قرار دارد پرداخته می شود.
3-2- دستگاه آزمایش
نمایی از دستگاه آزمایش در شکل 3 1 دیده میشود. هوای محیط توسط یک فن وارد جعبه هوا میشود و پس از عبور از قطعه لانه زنبوری با سرعت یکنواخت وارد لوله آزمایش می گردد. قطر لوله در قسمت آزمایش با قطر لوله های قبل و بعد از آن یکسان است. قسمت آزمایش از یک لوله مس ی با قطر 100 میلیمتر و طول950 میلی متر تشکیل شده که از درون حمام بخار آب می گذرد. برای تولید بخار آب از سه عدد گرمکن برقی با توان کلی 6 کیلووات استفاده میشود که در آب درون مخزن غوطهور هستند. برای اطمینان از ثابت ماندن فشار و دما در حمام بخار، روزنه ای در دیواره آن ایجاد شده است. برای کنترل دبی هوا از دو عدد شیر در خروجی فن و قبل از جعبه هوا استفاده می شود. برای اندازه گیری دبی جریان یک سرعت سنج دیجیتال، مجهز به یک پروب پروانه ای به کار گرفته می شود. با قرار دادن ی ک نازل در خروج ی سیستم قطر لوله خروجی هوا به 63 میلیمتر تبدیل می شود و از آنجا که قطر پروب پروانه ای سرعت سنج هم 63 میلی متر است می توان سرعت متوسط خروجی را اندازه گیری نمود و با دانستن دما و فشار و محاسبه چگالی، دبی جرمی جریان را محاسبه کرد. برای اندازه گیری دمای سطح لوله در قسمت آزمایش و نیز دم ای حمام بخار آب از پنج ترموکوپل در نقاط مختلف استفاده میشود. محل قرار گیری این ترموکوپلها در شکل 3 1 با T نشان داده شده است.
شکل 3 1: طرحواره دستگاه آزمایش
ترموکوپل ها از نوع K (کرومل- آلومل) و قطر سیم آنها 19/0 میلی متر است. به علاوه دمای هوا، قبل و بعد از قسمت آزمایش اندازه گیری میشود. از یک دستگاه دماسنج د یجیتال با حساسیت 1/0 درجه سلسیوس و با ظرفیت 10 کانال ورودی برای خواندن دما ی نقاط مختلف استفاده شده است. در خروجی قسمت آزمایش یک اریفیس تعبیه شده و لوله پایین دست آن عایق کاری شده تا تلفات حرارتی آن به حداقل برسد. به فاصله مناسبی از اریفیس، دمای هوای خروجی اندازهگیری می شود. وجود اریفیس باعث میشود تا جریان هوا بعد از آن کاملاً مغشوش و مخلوط شود و به این ترتیب دمای متوسط هوا اندازه گیری می شود. همچنین دو قطعه از جنس تفلون بین لوله آزمایش و لوله های دو طرف آن قرار داده شده است تا انتقال حرارت بین آنها به حداقل ممکن برسد. برای اندازه گیری افت فشار در قسمت آزم ایش از یک فشارسنج دیجیتال استفاده می شود.
