تحلیل جریان و انتقال حرارت در مبدل های حرارتی دولوله ای موجدار

چکیده انتقال حرارت در جریان درون لوله و کانال کاربردهای وسیعی در صنعت دارد. یکی از این موارد مبدل حرارتی می باشد. مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف را بدون تماس فیزیکی بین آنها ممکن می سازند. افزایش انتقال حرارت بدلیل ذخیره انرژی و ماده مورد استفاده در مبدل حرارتی، اهمیت ویژه ای دارد. بنابراین نیاز به طراحی مبدل های حرارتی که وزن کمتر و عملکرد بالاتری دارند، رو به افزایش می باشد. روشهای متعددی جهت افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی مرسوم می باشد. هدف از برخی از این روش ها، مغشوش کردن لایه مرزی تشکیل شده در مجاورت صفحه انتقال حرارت و جایگزین کردن آن با جریان هسته و ایجاد لایه مرزی جدید می باشد. یکی از این روش های افزایش دهنده انتقال حرارت، استفاده از لوله های با دیواره موجدار می باشد. لوله های با دیواره سینوسی یکی از پربازده ترین اشکال لوله جهت افزایش انتقال حرارت می باشد که در مبدل های حرارتی، کندانسورها، اواپراتورها و ... بکار برده می شوند. در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت و افت فشار در مبدل های حرارتی با لوله های سینوسی با پروفیل های مختلف و تعیین پروفیل لوله بهینه جهت تامین حداکثر انتقال حرارت و حداقل افت فشار پرداخته شده است. در ابتدا به شبیه سازی مبدل دولوله ای با لوله داخلی ساده و همچنین موجدار متقارن محوری پرداخته شده و نتایج حاصل از این دو شبیه سازی مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده کمتر بودن مقدار ضریب کلی انتقال حرارت و بیشتر بودن افت فشار در مبدل دولوله ای با لوله موجدار نسبت به مبدل با لوله ساده است. بنابراین مبدل موجدار الزاماً دارای مشخصه انتقال حرارت بهتری نسبت به مبدل ساده نخواهد بود. لذا به بررسی اثر تغییر دامنه و دوره تناوب لوله داخلی بر انتقال حرارت و افت فشار در مبدل دولوله ای موجدار پرداخته شده است. به این منظور پروفیل انتخاب شده با ثابت نگه داشتن سطح کلی انتقال حرارت، در چند عدد رینولدز مختلف به دو روش تغییر داده شده و با بررسی روند تغییرات ضریب کلی انتقال حرارت و افت فشار در هر عدد رینولدز، هندسه بهینه از لحاظ حرارتی تعیین می شود. در روش اول تعدادی هندسه دارای سطح انتقال حرارت ثابت تعیین شده و نتایج حاصل از تحلیل هندسه های مختلف مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده کاهش افت فشار با کاهش دامنه لوله موجدارمی باشد. ضریب کلی انتقال حرارت تغییراتی غیریکنواخت با دامنه خواهد داشت. در ابتدا با افزایش دامنه تا مقداری خاص ضریب کلی انتقال حرارت کاهش و پس از آن افزایش می یابد. در روش دوم بهینه سازی بوسیله نرم افزار design exploration انجام شده است. نتایج بهیته سازی نشان دهنده افزایش دامنه هندسه بهینه با افزایش عدد رینولدز می باشد. بنابراین استفاده از مبدل با لوله موجدار با افزایش عدد رینولدز توجیه پذیر خواهد بود.