مدل سازی و شبیه سازی دینامیک سیال (cfd) یک مبدل حرارتی تحت تاثیر الکتروهیدرودینامیک در جهت تقویت انتقال گرما

تقویت انتقال گرما نقش مهمی در جلوگیری از اتلاف انرژی و حفاظت از محیط زیست دارد. از طرف دیگر ظرفیت انتقال گرمای مبدل های گرمایی می تواند توسط روش های تقویت انتقال گرما بهبود یابد. به طور کلی این روش ها به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم می شوند. روش های فعال نیازمند نیروهای خارجی مانند نیروی الکتریکی ، نیروی صوت و یا لرزش سطح هستند. روش های غیر فعال نیازمند افزودنی های سیال و یا هندسه خاص می باشند. الکتروهیدرودینامیک به عنوان یک روش فعال به صورت گسترده در جهت تقویت انتقال گرما، در نتیجه کاهش مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست به کار می رود. این روش به فرایند کوپل کردن میدان الکتریکی با میدان سیال در محیط سیال دی الکتریک تلقی می گردد. در این روش هر دو میدان ولتاژ بالا و جریان پایین مستقیم و غیر مستقیم می تواند بر سیال دی الکتریک جاری بین الکترودهای مثبت و منفی اعمال گردد. پژوهش های پیشین نشان می دهد میدان الکتریکی در جریان های دو فاز، نیروی حجمی اضافه ای را بر سیال جاری وارد می نماید. یکی از کاربردهای این روش در چگالش بخار است. در این پژوهش فرآیند چگالش سیال r-134a درون لوله داخلی یک چگالنده عمودی دو لوله ای در حضور میدان الکتریکی با کاربرد نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شد. چگالنده دولوله ای به طول موثر یک متر، مشتمل بر لوله داخلی به قطر درونی و بیرونی 28و 31 میلی متر، و لوله بیرونی به قطر درونی و بیرونی 36و 40 میلی-متر می باشد که در مرکز لوله داخلی، الکترودهای مسی با قطرهای4، 6، 8، 10 و 12 میلی متری تعبیه می گردد. در این سیستم تغییرات میدان فازی، دمای سیال، گرمای ناشی از چگالش بخار اشباع، میدان الکتریکی، نفوذپذیری نسبی الکتریکی سیال، و نیروی الکتروهیدرودینامیک وارد شده بر سیال عبوری از لوله درونی مبدل بدست آمد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. پس از تایید مدل در مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج تجربی موجود، نحوه تغییرات ضریب انتقال گرمای چگالش سیال r-134aبا تغییرات ولتاژ اعمال شده، کیفیت بخار اشباع، قطر الکترود و اختلاف دمای بین سطح سرد و بخار اشباع بررسی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از افزایش ضریب رسانش گرمایی مایع r-134a در دماهای مختلف تحت تاثیر میدان الکتریکی می باشد به گونه ای که با افزایش قدرت میدان الکتریکی، مقدار این ضریب افزایش یافته در حالیکه با افزایش دما مقدار آن کاهش می یابد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که ضریب چگالش بخار اشباع r-134a با افزایش فشار عملیاتی کاهش می یابد به طوریکه مقدار این ضریب برای کیفیت بخار 75% در فشارهای بالاتر از 1200 کیلوپاسکال به حداقل 04/0 تقلیل می یابد و برای کیفیت بخار 100% تحت فشارهای بیشتر از 2000 کیلوپاسکال به حداقل 18/0 می رسد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که ضریب انتقال گرمای بخار اشباع r-134a تحت ولتاژهای 2، 4 و 6 کیلوولت در مقایسه با شرایط متناظرش، که میدان الکتریکی وجود ندارد بیشتر بوده و مقدار آن با افزایش قطر الکترود نیز افزایش می یابد، به طوریکه ضریب انتقال گرمای چگالش برای الکترود 12میلی متری در ولتاژ 6 کیلوولت، اختلاف دمای 20 کلوین، فشار 1948 کیلوپاسکال و دبی جرمی kg/s] 0/015]، به میزان حداکثر 7/37% افزایش می یابد. بر اساس نتایج شبیه سازی، تغییر قطب بدنه یا الکترود از منفی به قطب مثبت هیچ گونه تاثیری بر مقدار ضریب انتقال گرمای چگالش ندارد.