تحلیل حرارتی ـ ترمودینامیکی و بهینه سازی مبدلهای هواخنک تبخیری

پایان نامه حاضر به تحلیل حرارتی و ترمودینامیکی در مبدل هواخنک خشک و تبخیری پرداخته است. قانون اول ترمودینامیک و به طبع آن، بازده قانون اول برای بیان « مناسب بودن یک فرآیند » در یک وسیله کافی نیست و نمی تواند توصیف کاملی از کاربرد انرژی و استفاده بهینه از آن ارائه دهد. به همین منظور با استفاده از قانون اول و دوم ترمودینامیک، برای هر یک از مبدل های هواخنک خشک و تبخیری رابطه ای برای نرخ تولید آنتروپی بدست آوردیم. برای بیان چگونگی تغییر نرخ تولید آنتروپی در مبدل هواخنک خشک، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله عدد رینولدز جریان داخل لوله ها، عدد رینولدز جریان هوا و تغییرات دمای محیط بر روی این وسیله بررسی شده است. سیال داخل لوله ها آب در نظر گرفته شده است و سطح خارجی لوله ها دارای فین حلقوی می باشد. نتایج نشان می دهد که نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده با تغییرات عدد رینولدز سیال داخل لوله ها دارای یک مقدار مینیمم می باشد. همچنین دیده شد که این مقدار مینیمم و عدد رینولدز متناظر با آن، به پارامترهای هندسی مساله و شرایط دمایی سیال ها و پارامترهای جریان وابسته است. بر اساس تحلیل ترمودینامیکی و بررسی پارامترهای موثر بر تولید آنتروپی، یک عبارت برای محاسبه عدد رینولدز بهینه برای جریان سیال داخل لوله ها پیشنهاد شد که تابعی از خصوصیات ترمودینامیکی سیال داخل لوله ها، خصوصیات ترمودینامیکی هوا، دماهای ورودی و ابعاد هندسی مبدل است. تحلیل بهینه سازی در مطالعه حاضر اطلاعات موثری برای طراحی مبدل هواخنک خشک ارائه می دهد. اگر در شرایط طراحی عملی از عدد رینولدز بهینه استفاده شود، سیستم دارای کمترین بازگشت ناپذیری و در نتیجه بهترین اگزرژی دسترسی پذیر خواهد بود. همچنین دیده شد که با افزایش عدد رینولدز جریان هوا، نرخ تولید آنتروپی بی بعد شده روند افزایشی دارد. نتایج نشان می دهد که هر چه اختلاف دمای بین سیال داخل لوله ها و جریان هوا کاهش پیدا کند نرخ تولید آنتروپی بی بعد شده کاهش می یابد که این بدلیل کاهش نرخ تولید آنتروپی حاصل از اختلاف دما می باشد. همچنین تاثیر کارائی مبدل بر نرخ تولید آنتروپی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد در کارائی صد در صد، نرخ تولید آنتروپی دارای یک مقدار معینی است و صفر نمی باشد و در حالتی که نسبت ظرفیت گرمایی دو سیال برابر با یک باشد دارای کمترین مقدار است و با فاصله گرفتن این نسبت از عدد یک، نرخ تولید آنتروپی نیز افزایش می یابد. می توان نتیجه گرفت که در مبدل های هواخنک که از نوع جریان عمود بر هم می باشند حتی در بهترین حالت نیز بازگشت ناپذیری وجود دارد. در مبدل هواخنک تبخیری مشاهده شد نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده سمت هوا با تغییرات عدد رینولدز جریان هوا، همواره افزایش می یابد. چون تغییر عدد رینولدز با تغییر دبی هوا حاصل شده است در نتیجه میزان تبخیر آب افزایش یافته که نتیجه آن افزایش بازگشت ناپذیری می باشد. با افزایش دبی هوا، بازگشت-ناپذیری حاصل از اصطکاک نیز افزایش می یابد. همچنین نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده سمت هوا با تغییرات دمای محیط افزایش می یابد. افزایش دمای محیط باعث افزایش نرخ تبخیر آب به داخل جریان هوا می شود که نتیجه آن افزایش بازگشت ناپذیری می باشد. هنگامی که دمای محیط به دمای سیال ورودی نزدیک می شود، نرخ تولید آنتروپی حاصل از تبخیر آب بیش از 90% از نرخ تولید آنتروپی کل می باشد. در مبدل هواخنک مرطوب، نرخ تولید آنتروپی سمت هوا بر حسب تغییرات دبی آب پاششی، تغییرات اندکی دارد. در مجموع می توان گفت که با تغییر دبی آب پاششی نرخ تولید آنتروپی سمت هوا تغییری نمی کند.