مطالعه عددی اثرات ضخامت و ضریب هدایت حرارتی رسوب بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله ای

در این تحقیق به مطالعه عددی اثر ضخامت و ضریب هدایت حرارتی رسوب بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله ای دارای جریان متلاطم و غیرهمسو به طول 2m پرداخته شده است. در سمت لوله که آب فرایندی جریان دارد سه عدد رینولدز 35000، 40000 و 45000 و در سمت پوسته که آب خنک کننده جریان دارد رینولدز 50000 در نظر گرفته شده اند. با استفاده از جداول استاندارد، حداکثر ضخامت رسوب در سمت لوله 1.5mm و در سمت پوسته 2mm در نظر گرفته شده اند. با توجه به جنس رسوب، ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت لوله 2.9w/m.k و در سمت پوسته سه ضریب 1.38، 2.14 و 2.9w/m.k در نظر گرفته شده اند. مدلسازی های عددی با استفاده از نرم افزارهای گمبیت و فلوئنت انجام شده است و با انجام یک مطالعه پارامتری مشخص شده است که با افزایش ضخامت رسوب در دو سمت مبدل و نیز با کاهش ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت پوسته، دمای خروجی سیال گرم افزایش و دمای خروجی سیال سرد کاهش می یابند. افزایش ضخامت رسوب موجب کاهش سطح مقطع آزاد جریان سیال و افزایش سرعت جریان سیال و در نهایت منجر به افزایش افت فشار می شود. حداکثر افزایش افت فشار در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 42% و 92% می باشند. با افزایش ضخامت رسوب، ضریب انتقال حرارت جابجایی محلی و متوسط در سمت لوله و سمت پوسته نسبت به حالت تمیز افزایش می یابند. حداکثر افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 15% و 22% می باشند. با این وجود، با افزایش ضخامت رسوب، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی نسبت به حالت تمیز کاهش قابل ملاحظه ای می یابند. با کاهش ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت پوسته، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی کمتر نیز خواهند شد. حداکثر کاهش ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی در بین حالت های مختلف رسوب مورد بررسی نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 79% و 78% می باشند.