بررسی و امکان سنجی بازیافت انرژی از دودکش بخاری با استفاده از جابجایی اجباری توسط شبیه سازی عددی و تطبیق آزمایشگاهی

در این پژوهش نتایج تحقیق در مورد چگونگی بهبود بازده گرمایی بخاری گازی دودکشدار توسط یک سیستم خارجی قابل نصب ارائه شده است. آنچه تا پیش از این مورد توجه محققین درباره این موضوع بود؛ کم کردن هوای اولیه و ثانویه مخلوط شونده با گاز طبیعی یا محصولات احتراق، تغییر در زائده های درون تنور بخاری گازی یا استفاده از مکانیزم جایجایی اجباری برای کل بخاری و بدون استفاده از کانالهای کمک کننده بوده است. در حالی که تمامی این تحقیق ها برای افزایش بازده بخاری کارآمد به نظر می رسند، اما به دلایلی کمتر صنعت پسند بوده اند. بیشترین مقدار اتلاف انرژی برای بخاری های دودکشدار، دودکش آنهاست. از طرفی جهت خارج کردن محصولات احتراق ناگزیر به استفاده از دودکش برای این بخاری ها هستیم. اما می توان با نصب یک کانالِ هوای پرسرعت روی دودکش و تعبیه صفحات فلزی فین و تغییر شکل دودکش بخاری، گرمای مازاد برگرمای لازم، جهت خارج شدن گاز های احتراق را به محیط بازگرداند. این کار به طرق مختلفی می تواند صورت بگیرد، به این خاطر 8 هندسه پیشنهادی بر اساس محدودیت ها و شرایط عملیاتی توسط نرم افزار رسم 3 بعدی کشیده شد تا پس از شبیه سازی بهترین مدل انتخاب شود. به علاوه بررسی بیشتر نتایج برای بدست آوردن مدلهای با کارایی بیشتر در آینده مفید خواهند بود. اما برای بدست آوردن شروط مرزی و دیگر داده ها، یک مدل اولیه ای بر اساس سادگی ساخت و آزمایش و همچنین ارضای اطلاعات جهت شبیه سازی، طراحی و ساخته شد. پس از آن آزمایشات اولیه برای بدست آوردن شرایط عملیاتی و داده های خروجی (از جمله دماهای ورودی و خروجی دودکش، سرعت گاز درون دودکش و دمای محیط) انجام گرفت. با توجه به پارامترهای مجهولِ متعدد موجود در مسئله(ضریب انتقال حرارت جابجایی دیواره دودکش، ضریب رسانش حرارتی فلز مورد استفاده، ظرفیت حرارتی گاز درون دودکش) برای کم کردن تعداد دفعات شبیه سازی، آزمایشات و شبیه سازی های متناظرشان در دو بخش طراحی و اجرا شدند. در بخش اول دودکش حاوی صفحات فین بدون حضور کانال هوای پر سرعت و با شرط انتقال حرارت جابجایی طبیعی، پس از تحقق استقلال از تعداد مش آزمایش و شبیه سازی شد تا با مقایسه نتایج بدست آمده تمامی پارامتر های مجهول با ضریب انتقال حرارت h تقریبیِ صحیح (h در حالت انتقال حرارت جابجایی طبیعی) بدست آیند. در بخش بعدی، پس از بدست آوردن پارامتر های مجهول با استفاده از روش عددی حل وتریِ تابع، حدس و خطا برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت در دیواره خارجی دودکش (در حضور هوای پر سرعت) با کمترین تعداد تکرار برای دو سرعت انجام شد که این مقادیر با تقریب خوبی بدست آمد. پس از بدست آوردن تمام پارامتر های عملیاتی، تمام هندسه ها در شرایط یکسان برای دو مقدار از ضریب انتقال حرارت بدست آمده(دو سرعت فن) شبیه سازی شدند تا توسط معیار برتری مشخصی، مدل بهتر انتخاب شود. پس از تعیین بهترین مدل ، برای صحت سنجی آزمایش، نمونه منتخب ساخته و آزمایش شد. اختلاف دمای خروجی در دو حالت تجربی و عددی با 4 درجه کلوین بوده که این تطبیق، موئید حل عددی می باشد. مدل نهایی بازده بخاری گازی دودکشدار را تا 73% افزایش داد. همچنین مشخص شد بیشترین تاثیر عوامل مربوط به تعداد پره و کمترین تاثیر مربوط به ضخامت پره ها می باشد. اما با بهبود تمام عوامل به صورت توام اثر تک تک عامل ها بیشتر می شود. از طرفی شکلهای گرافیکی و دیگر نتایج هم برای رساندن این طرح به مدل توسعه یافته تر کمک می کنند.