%37تخفیف

بررسی عملکرد مبدل حرارتی حلقوی دو سویه،تحت شار حرارتی یکنواخت

تعداد 141 صفحه  درword

گروه آموزشی مهندسی مکانیک

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی

 

بررسی عملکرد مبدل حرارتی حلقوی دو سویه،تحت شار حرارتی یکنواخت

چكيده:
مبدل حرارتی که تنها از یک استوانه تشکیل شده و جریان در امتداد آن برقرار است مبدل حرارتی تک سویه نامیده می­شود و
مبدل­ حرارتی که از دو استوانه هم مرکز تشکیل شده­ و دو جریان یکی در مجرای درونی و دیگری در مجرای بیرونی آن­، در دو سویه مخالف هم جریان دارند، مبدل حرارتی حلقوی دو سویه نامیده می­شود. در این پژوهش دمای دیواره خارجی مبدل­های حرارتی تک سویه و دوسویه در شرایطی که تحت شار حرارتی یکنواخت و یکسان هستند به صورت عددی مطالعه و با یکدیگر مقایسه شده است. کاهش دمای متوسط دیواره توأم با توزیع یکنواخت تر آن،می­تواند بر عملکرد تجهیزات مرتبط با مبدل حرارتی به ویژه تجهیزات الکتریکی اثر مطلوبی داشته باشد. به همین دلیل بررسی­های دقیقی بر نحوه توزیع دمای دیواره مبدل­ها صورت گرفته است. با معرفی شاخصی  به نامشاخص توزیع دمای سطحکه حاصل­ضرب دمای متوسط بی بعد شده و واریانس (نسبت پراکندگی دماها نسبت به مقدار متوسط) است، معیاری برای بهبود توزیع دمای دیواره مبدل­های حرارتی ارائه شده است. نتایج نشان می­دهند در گراتزهای بزرگتر، با افزایش نسبت شعاع داخلی مبدل دوسویه نسبت به شعاع خارجی آن،شاخص یکنواختی دمای سطح کاهش می­یابد یعنی دمای دیواره به صورت یکنواختی در همه نقاط کاهش یافته است. با دوسویه کردن مسیر جریان، انرژی لازم برای پمپاژ سیال در داخل مبدل افزایش می یاید.  به منظور بررسی تفاوت توان لازم برای پمپاژ سیال در حالت دوسویه نسبت به حالت تک سویه شاخصی به نام ” شاخص افزایش توان مصرفی مبدل دو سویه” معرفی شده است. این شاخص نسبت تفاضل تغییرات فشار کل در حالت دو­سویه و تک سویه را نسبت به مقدار آن در مبدل حرارتی تک سویه نشان می­دهد. در پایان به منظور بررسی تاثیر هم­زمان تغییرات صورت گرفته بر عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی مبدل­های حرارتی”شاخص کل” معرفی شده است. این شاخص در واقع حاصل­ضرب دو  شاخص یکنواختی دمای سطح و شاخص افزایش توان مصرفی می­باشد. هر اندازه میزان این شاخص کوچکتر باشد به این معناست که مبدل حرارتی دوسویه با کار کمتر توزیع دمای یکنواخت­تری ایجاد کرده است. در این پژوهش با استفاده از نتایج عددی یک رابطه تجربی بین شاخص کل، نسبت شعاعی مبدل دوسویه و عدد گراتز ارائه شده است.

واژه­های کلیدی: مبدل حرارتی تك سويه، مبدل حرارتي دو سویه، توزیع یکنواخت دما

فهرست مطالب

فصلاول

مقدمه.. 1

1-1-کلیات.. 2

1-2- مبدلحرارتی.. 2

1-3- اهمیتمبدل­هایحرارتی.. 3

1-4- انواعمبدل­هاودستهبندیآن­ها.. 3

1-4-1-براساسنوعوسطحتماسسیالسردوگرم.. 4

1-4-1-1- مبدلحرارتیبهبوددهنده.. 4

1-4-1-2- مبدلحرارتیاحیاکننده.. 6

1-4-2- براساسجهتجریانسیالسردوگرم.. 7

1-4-3- براساسساختمانمکانیکیوساختارمبدل­ها.. 10

1-4-3-1- مبدلحرارتیلوله­ای.. 10

1-4-3-2-  مبدلحرارتیصفحه­ای.. 14

1-4-3-3-  مبدلحرارتیپره­دار.. 17

1-5- مروریبرتحقیقاتصورتگرفتهرویمبدل­هایحرارتیتکسویهوچندسویه   18

1-6- اهمیتولزومبررسیدمایدیواره.. 19

فصلدوم

معرفیهندسهمبدل­هایلوله­ایموردمطالعه.. 22

2-1- کلیات.. 23

2-2-معرفیهندسهمبدلحرارتیتکسویه.. 23

2-3- معرفیهندسهمبدلحرارتیدوسویه.. 24

فصلسوم

معادلاتحاکمبرجریان.. 26

3-1- کلیات.. 27

3-2- معادلهبقایجرم.. 28

3-3-1- حلمعادلاتممنتوم.. 28

3-3-1-2- پروفیلسرعتمبدلحرارتیدوسویه.. 29

3-4- معادلهانرژی.. 29

3-5- محاسبهعددناسلت.. 30

3-6- توانمصرفی.. 30

فصل4

مدلسازیوروشحلعددی.. 33

4-1- کلیات.. 34

4-2- ابعادهندسیمبدل­هایتکسویهودوسویه.. 34

4-2-1- ابعادهندسیمبدلحرارتیتکسویه.. 34

4-2-2- هندسهمبدلحرارتیدوسویه.. 34

4-3 –شبیهسازیجریان.. 35

4-4- معیارهمگرایی.. 35

4-5- کمیت­هایبیبعد.. 36

4-6- شرایطمرزی.. 37

4-6-1- شرایطمرزیدرمبدلحرارتیتکسویه.. 37

4-6-2- شرایطمرزیدرمبدلحرارتیدوسویه.. 38

4-7- شبکهبندیمدل.. 40

4-8-1- شبکهبندیمبدلحرارتیتکسویه.. 40

4-8-1-1- مطالعهشبکهدرمبدلحرارتیتکسویه.. 41

4-8-2- شبکهبندیمبدلحرارتیدوسویه.. 42

4-8-2-1- مطالعهوشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبتشعاعی 3/0  =  42

4-8-2-2- مطالعهوشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبت5/0  =  43

4-8-2-3- مطالعهوشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبت 7/0  =  44

فصلپنجم

بررسینتایج.. 46

5-1- کلیات.. 47

5-2- توزیعدمایمبدلحراتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعاول.. 49

5-2-1-  نمودار­هایبیبعدتوزیعدمابررویدیوارهدرمبدلحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعاول   49

5-2-2- متوسطدمایبیبعدمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاول   53

5-2-3- پراکندگیدمایینسبتبهمیزانمتوسطدیوارهمبدلحرارتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعاول.. 54

5-3- توزیعدمایمبدلحراتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعدوم.. 55

5-3-1- نمودارهایتوزیعدما.. 55

5-3-2- متوسطدمایبی­بعدمبدل­هایتکسویهودوسویهبا رژيم جريان نوع دوم   59

5-3-3- پراکندگیدمایینسبتبهمیزانمتوسطدیوارهمبدلحرارتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبابا رژيم جريان نوع دوم.. 60

5-4- شاخصتوزیعدما.. 61

5-5- محاسبهعددناسلت.. 63

5-6- شاخصافزایشتوانمصرفیمبدلحرارتیدوسویه.. 64

5-7- شاخصکلمبدل­هایحرارتیدوسویه.. 66

فصلششم

نتیجهگیریوپیشنهادها.. 68

6-1- کلیات.. 69

2-6- نتیجه­گیری.. 69

6-3- پیشنهادها.. 70

مراجع.. 72

 

فهرست تصاویر

شکل 1-1- تقسیمبندیمبدل­هایحرارتیبراساسنوعسطحتماسسیالسردوگرم [1] .   4

شکل 1-2- نماییازیکمبدلحرارتیتماسمستقیم.. 5

شکل 1-3- نماییازیکمبدلحرارتینوعتماسغیرمستقیم.. 6

شکل 1-4- نماییازمبدلحرارتیاحیاکننده.. 7

شکل 1-5- نماییازمبدلحرارتیباجریانهمسو.. 8

شکل 1-6- نماییازمبدلحرارتیباجریانغیرهمسو.. 9

شکل 1-7- نماییشماتیکازمبدلحرارتیباجریانعمودبرهم   9

شکل 1-8- نماییازمبدل­هایحرارتیلوله­ای.. 12

شکل 1-9- نماییازمبدلحرارتیپوستهلوله.. 12

شکل 1-10- مبدلحرارتیلولهمارپیچی.. 13

شکل 1-11- نماییازمبدلحرارتیصفحه­ایواشردار.. 15

شکل 1-12- مبدلحرارتیحلزونی.. 16

شکل 1-13- شماتیکیازمبدلحرارتیصفحه­ایلاملا.. 17

شکل 1-14- مبدلحرارتیپره­دار.. 18

شکل 2-1- نماییازمبدلحرارتیتکسویه.. 23

شکل 2-2- نماییازمبدلحرارتیدوسویه.. 25

شکل 4-1- نمودارباقیمانده­هابراییکیازمقادیردلخواهسرعتورودیبهمبدلحرارتیتکسویه   36

شکل 4-2- شرایطمرزیاعمالشدهدرمبدلحرارتیتکسویه.. 37

شکل 4-3- شرایطمرزیمبدلحرارتیدوسویه.. 39

شکل 4-4- شبکه­بندیاستفادهشدهدرمبدلحرارتیتکسویه.. 41

شکل 4-5- مطالعهشبکهبراساستوزیعدمایدیوارهمبدلحرارتیتکسویهدر 50    42

شکل4-6-  نماییازشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبت 3/0  =  42

شکل4-7- مطالعهشبکهبراساستوزیعدمایدیوارهمبدلحرارتیدوسویهدر 50 درنسبتشعاعی 3/0  =. 43

شکل4-8-  نماییازشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبتشعاعی 5/0  =  43

شکل 4-9- مطالعهشبکهبراساستوزیعدمایرویدیوارهیمبدلحرارتیدوسویهدر 50 درنسبتشعاعی 5/0𝑲 =. 44

شکل 4 -10-  نماییازشبکهبندیمبدلحرارتیدوسویهبانسبتشعاعی 7/0  =  45

شکل4-11- مطالعهشبکهبراساستوزیعدمایرویدیوارهمبدلحرارتیدوسویهدر 50 بانسبتشعاعی 7/0 =. 45

شکل 5-1- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 10Gz=. 50

شکل 5-2- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 20Gz=. 51

شکل 5-3- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 40Gz=. 51

شکل 5-4- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 60Gz=. 51

شکل 5-5- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 80Gz=. 52

شکل 5-6- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاولدر 100Gz=. 52

شکل 5-7-  متوسطدمایبیبعددیوارهخارجیمبدلحرارتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعاولبرایمقادیرمختلفعددگراتز   53

شکل 5-8- پراکندگیتوزیعدمایدیوارهمبدل­هایحرارتیتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعاول.. 55

شکل 5-9- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعدومدر 10Gz=. 56

شکل 5-10- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبانسبتدبیعبوریمتناسببارژیمجریاننوعدومدر 20Gz=  57

شکل 5-11- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبانسبتدبیعبوریمتناسببارژیمجریاننوعدومدر 40Gz=  57

شکل 5-12- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبانسبتدبیعبوریمتناسببارژیمجریاننوعدومدر 60Gz=  58

شکل 5-13- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبانسبتدبیعبوریمتناسببارژیمجریاننوعدوم 80Gz=  58

شکل 5-14- توزیعدمایدیوارهمبدل­هایتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعدومدر 100Gz=. 59

شکل 5-15-  متوسطدمایبیبعددیوارهخارجیمبدلحرارتیتکسویهومبدل­هایحرارتیدوسویهبارژیمجریاننوعدوم،برایمقادیرمختلفعددگراتز   60

شکل 5-16- پراکندگیتوزیعدمایدیوارهمبدل­هایحرارتیتکسویهودوسویهبارژیمجریاننوعدوم.. 61

شکل 5-17- شاخصتوزیعدمایمبدل­هایحرارتیتکسویه ودوسویهبرایگراتزهای 10 تا 100.. 62

شکل 5-18- شاخصتوزیعدمایمبدل­هایحرارتیتکسویه،دوسویه،برایگراتزهای 40 تا 100.. 63

شکل 5-19- مقدارعددناسلتمبدل­هایحرارتیتکسویه،دوسویهبارژیم­هایجریاننوعاولودوم،برایگراتزهای 10 تا 100.. 64

شکل 5-20- نمودارنسبتافزایشتوانمصرفیمبدل­هایحرارتیدوسویه   65

شکل 5-21- نمودارمیله­ایمقایسهنسبتافزایشتوانمصرفیمبدل­هایحرارتیدوسویه.. 66

شکل 5-22- مقایسهشاخصتوزیعدمایمبدلحرارتیتکسویه ودوسویهبرایگراتزهای 10 تا 100.. 67

شکل 5-23- مقایسهشاخصتوزیعدمایمبدلحرارتیتکسویهومبدلهایحرارتیدوسویهبرایگراتزهای 30 تا 100.. 67

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

جدول4-1- مشخصاتابعادیمبدلحرارتیتکسویه…………… 34

جدول2-4- مشخصاتابعادیمبدلحرارتیدوسویه…………… 35

جدول 4-2- دبیحجمیبهکاررفتهدرمبدل­هایحرارتیتکسویهودوسویه 38

 

 

 

 

فهرست علائم اختصاری

 

عدد گراتز

ضریب هدایت حرارتی

طول مبدل

فشار سیال

شار حرارتی

عدد رینولدز

دمای سیال

دبی حجمی

سرعت متوسط

مختصه بعد دار شعاعی

مختصه بعددار محوری

شاخص توزیع دمای سطح

شاخص افزایش توان در مبدل حرارتی دو سویه

شاخص کل

نسبت شعاعی

فهرست علائم یونانی

ضریب پخش حرارتی

مختصه بی­بعد شعاعی

مختصه بی­بعد محوری

چگالی

دمای بی­بعد

 

 

زیرنویس­ها

مجرای لوله داخلی

مجرای حلقوی بین لوله داحلی و خارجی

مبدل حرارتی تک سویه

دیواره مبدل حرارتی

 

 

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بررسی عملکرد مبدل حرارتی حلقوی دو سویه،تحت شار حرارتی یکنواخت”

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

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo