بررسی پارامترهای هیدرولیکی و حرارتی مبدل های حرارتی صفحه ای

در این تحقیق جریان سیال همراه با انتقال حرارت درون یک کانال تخت با پره های نصب شده روی دیواره کانال به روش عددی مطالعه شده است و اثر اندازه و شکل پره در افزایش انتقال حرارت و افت فشار در رژیم جریان آرام در حال توسعه و توسعه یافته بررسی شده است. برای این منظور از پروفیل های مختلفی از قبیل مربعی، مثلث متساوی الاضلاع، ذوزنقه ی متساوی الساقین و نیم دایره برای مقطع پره استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که وجود پره باعث افزایش انتقال حرارت می گردد و با افزایش ارتفاع پره مقدار ضریب انتقال حرارت کلی افزایش می یابد. به علاوه برای پره های دارای ارتفاع یکسان، بیشترین افزایش انتقال حرارت مربوط به پره های مربعی و ذوزنقه ای است. برای در نظر گرفتن توام اثرات هندسه دیواره بر میزان افت فشار و انتقال حرارت، ضریب عملکرد حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است و مشاهده شد که برای تمام تک پره ها با افزایش ارتفاع پره ضریب عملکرد حرارتی روندی کاهشی دارد و کانال بدون پره بیشترین ضریب عملکرد حرارتی را در بین نتایج موجود دارا می باشد. بنابراین می توان گفت که با در نظر گرفتن اثر ترکیبی انتقال حرارت و افت فشار نصب تک پره اثر مثبتی ندارد ولی در بعضی از صنایع مجبور به استفاده از چنین کانال هایی می باشد ولی می توان شکل کانال را طوری ساخت که از ضرایب افزایش عملکرد حرارتی مثبتی برخوردار باشند. همچنین تغییر مکان تک پره در کانال مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که تغییر مکان تک-پره تغییرات اندکی در انتقال حرارت ایجاد می کند. چنانچه تعداد زیادی تک پره در کانال در کنار هم قرار گیرند کانال بسیار شبیه کانال موجی شکل می شود. لذا پس از بررسی کانال های دارای تک پره به بررسی کانال های موجی شکل که هندسه ای بسیار مشابه مبدل های حرارتی صفحه ای دارد پرداخته شده است. در این بخش جریان آرام سیال همراه با انتقال حرارت درون کانال دوبعدی با دیواره های موجی شکل و با شرط مرزی دما ثابت به روش عددی مطالعه شده است و اثر پارامترهای هندسی دیواره موجی شکل در افزایش انتقال حرارت و افت فشار در رژیم جریان آرام بررسی شده است. نتایج نشان می دهدکه افزایش دامنه موج های دیواره همواره باعث افزایش انتقال حرارت نمی گردد و در برخی رینولدزها چنانچه دامنه موج های دیواره از حد مشخصی فزونی یابد، انتقال حرارت کاهش می-یابد. در تمام اعداد رینولدز با افزایش نسبت تناسب موج دیواره، ضریب عملکرد حرارتی ابتدا روند افزایشی و سپس روند کاهشی را تجربه می کند. بررسی طول موج های مختلف برای پروفیل دیواره نشان می دهد درحالت کلی کاهش طول موج دیواره اثر مثبتی در افزایش بیشینه انتقال حرارت و ضریب عملکرد حرارتی کانال دارد. با استفاده از نتایج این تحقیق می توان شکل کانال موجی شکل را طوری تنظیم نمودکه دارای انتقال حرارت مطلوب با افت فشار کم باشد. چنانچه کانال موجی شکل عمودی را در بعد سوم زاویه داد و دو تا از این زاویه دارها را به هم وصل نمود، مبدل صفحه ای چورن به دست می آید. در این قسمت از پروژه ابتدا به بررسی جریان و انتقال حرارت درون یک نمونه از مبدل های حرارتی صفحه ای چورن به صورت سه بعدی و مغشوش پرداخته شده است و با تغییر پارامتر های هندسی و جریان، نمونه های جدیدی از مبدل های حرارتی صفحه ای طراحی گردید که بعضاً عملکرد حرارتی بهتری نسبت به نمونه های موجود دارند. از نتایج این تحقیق می توان در بهبود مبدل های حرارتی فشرده و سرمایش قطعات الکترونیکی استفاده نمود.