بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار نفت در مبدل حرارتی صفحه ای

در منابع مختلف به وفور به اهمیت مبدل ها در محیط رقابتی صنایع مختلف اشاره شده است. یکی از مبدل های پرکاربرد در صنعت به ویژه صنایع نفت وگاز، مبدل حرارتی صفحه ای است. امروزه به طور وسیع از این نوع مبدل ها با صفحات شورون در صنایع مختلف استفاده می‏شود. از آنجا که موج های روی صفحات شورون با ایجاد و تسریع جریان های گردابی باعث مغشوش شدن جریان، حتی در اعداد رینولدز پایین، می گردد؛ تأثیر زیادی بر ضریب اصطکاک و انتقال حرارت بین صفحات شورون می گذارد. اما استفاده موثر از مبدل های حرارتی صفحه ای در جریان تک فاز نیازمند اطلاعات طراحی و یا ابزار های پیش گویانه است. در این پایان نامه یک کانال مبدل حرارتی صفحه ای با صفحات شورون برای مطالعه ی تأثیر زاویه‏ی شورون و همچنین تأثیر دو موجی کردن صفحات شورون بر روی ضریب اصطکاک، به صورت سه بعدی در سایز واقعی مدل سازی شده است. به علاوه چهار کانال مبدل حرارتی صفحه ای با صفحات شورون برای مطالعه ی تأثیر زاویه‏ی شورون و همچنین تأثیر دو موجی کردن صفحات شورون بر روی انتقال حرارت، به صورت سه بعدی مدل سازی شده است. پارامترهای موثر ذکر شده در محدوده ی اعداد رینولدز (4000 تا 20000) برای سیال کاری نفت خام و آب بررسی شده است. به علاوه تغییر ماهیت جریان بین صفحات شورون با تغییر زاویه ی صفحات، مورد تحقیق قرار گرفته است. در کار حاضر حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از طریق کد تجاری فلوئنت، به روش حجم محدود انجام شده است و پس از مطالعه ی مدل های اغتشاشی k-?، مناسب ترین مدل برای شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت بین صفحات شورون در نظر گرفته شده است. همچنین در هر بخش برای تأیید صحت نتایج به دست آمده از شبیه سازی، این نتایج با نتایج تجربی مقایسه شده است. این تحقیق نشان می دهد که با افزایش زاویه ی شورون و عدد رینولدز، ضریب اصطکاک کانال کاهش پیدا می کند و افزایش زاویه ی شورون و عدد رینولدز در کانال های مبدل حرارتی صفحه ای با زاویه های شورون 60 و 45 درجه باعث افزایش انتقال حرارت می گردد. همچنین ابتکار جالب دو موجی کردن صفحات شورون با زاویه‏ی 45 درجه موجب افزایش افت فشار و انتقال حرارت بررسی شده است و ثابت گردید که روابط تجربی موجود، علاوه بر سیال آب، برای سیال نفت خام نیز معتبر است. نهایتاً باید عنوان داشت که دینامیک سیالات محاسباتی توانایی شبیه سازی و تحلیل جریان در مبدل های حرارتی صفحه ای را دارا می باشد.