مدل سازی و شبیه سازی ریاضی یک تبادلگر حرارتی لوله گرمایی و مقایسه با نتایج آزمایشی از پایلوت ساخته شده

در این تحقیق به بررسی عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی یک مبادله کن گرمایی ترموسیفونی گاز- مایع به روش تجربی و تئوری در یک سیستم نیمه صنعتی پرداخته شده است. با طراحی آزمایشات مناسب داده های لازم جهت بررسی هیدرودینامیک جریان در مبادله کن گرمایی و تعیین افت فشار سیال در طول مبادله کن بدست آمده است. با توجه به نتایج حاصل شده رابطه ای جدید جهت تخمین و تعیین افت فشار سیال در طول یک مبادله کن گرمایی ترموسیفونی گاز- مایع با آرایش هندسی مربعی (خطی) و پره های یکپارچه و صفحه ای و برای سیال تراکم پذیر هنگامی که جریان سیال در محدوده 5000re> باشد پیشنهاد شده است. نتایج حاصله دقت مناسب این رابطه را در مقایسه با سایر روابط نشان می دهد بطوریکه حداکثر خطای این رابطه جدید با بیش از 40 داده تجربی بدست آمده از پایلوت ساخته شده کمتر از 15% می باشد. برای بررسی عملکرد حرارتی مبادله کن لوله گرمایی نیز با تعیین داده های لازم و محاسبه شدت انتقال حرارت و بازده گرمایی مبادله کن) (? از نتایج تجربی و شبیه سازی به روش ? -ntu نتایج شبیه سازی و تجربی مقایسه شده است. در این بخش عوامل موثر بر عملکرد حرارتی مبادله کن از قبیل دمای هوای گرم ورودی، دبی هوای گرم، درصد پرشده لوله های گرمایی و نسبت ظرفیت گرمایی جریان گرم به سرد مورد بررسی قرار گرفته است. بخشی از نتایج بدست آمده را می توان به شرح ذیل بیان کرد: 1- در نسبت ظرفیت گرمایی جریان گرم به سرد ثابت با افزایش دمای هوای گرم ورودی بازده حرارتی مبادله کن تقریبا ثابت مانده در حالیکه شدت انتقال حرارت از سیال گرم به سرد افزایش می یابد. 2- در دمای ثابت هوای گرم ورودی به مبادله کن با افزایش سرعت هوای گرم ورودی بازده حرارتی و میزان انتقال حرارت از سیال گرم به سرد افزایش می یابد. 3- نسبت ظرفیت گرمایی جریان گرم به سرد از عوامل موثر بر شدت انتقال حرارت و بازده حرارتی مبادله کن محسوب می شود. زمانیکه باشد بازده حرارتی مبادله کن به دلیل افزایش قابلیت سیال گرم و سرد برای از دست دادن و جذب گرما، بیشتر خواهد شد. در حالیکه هرگاه ce=cc باشد بازده حرارتی مبادله کن حداقل می شود که این به دلیل قابلیت کم دو جریان سرد و گرم برای جذب و از دست دادن گرما است. در ادامه با مدلسازی مبادله کن لوله گرمایی ترموسیفونی با استفاده از نرم افزار fluent 6.0.1 به بررسی هیدرودینامیک جریان و انتقال حرارت در مبادله کن با استفاده از نتایج حاصله شده است. بخشی از نتایج حاصله به شرح زیر بیان می شود: • با توجه به 40 داده تجربی برای افت فشار در طول مبادله کن نتایج بدست آمده از cfd انحرافی بین 7 الی 25درصد نشان می دهد. • متوسط انحراف نتایج cfd با نتایج تجربی و ?-ntu برای میزان انتقال حرارت و بازده گرمایی مبادله کن به ترتیب 10 و 5/22 درصد می باشد. • از آنجائیکه بررسی عملکرد مبادله کن در محدوده جریان آرام انجام شده است با افزایش شدت جریان هوای گرم نتایج cfd با نتایج دیگر انحراف پیدا می کند. بطوریکه برای شدت جریان جرمی بیشتر از kg/s 4/0 ُاین انحراف بیشتر خود را نشان می دهد. علت این مورد تبدیل جریان سیال از آرام به آشفته می باشد.