مدلسازی ریاضی و مطالعه آزمایشگاهی بازیافت دو مرحله ای انرژی از گازهای گرم خروجی از دودکش ها در بستر ثابت
Abstract
از مهمترین منابع اتلاف حرارتی در صنایع مختلف بویژه در صنعت نفت گازهای گرم خروجی از دودکش ها می باشند. یکی از راهکارهای بازیابی انرژی از این گازها استفاده از بستر پر شده جهت ذخیره و بازیافت انرژی به صورت دوره ای است. بطور کلی انرژی گرمایی می تواند به دو شکل گرمای محسوس و گرمای نهان (ناشی از تغییر فاز) در پرکن های یک بستر ذخیره گردد. در تحقیق حاضر مطالعه آزمایشگاهی و مدلسازی ریاضی بازیابی انرژی از گازهای گرم خروجی از دودکش ها در یک بستر ثابت به هر دو روش گرمای محسوس و گرمای نهان مدنظر قرار گرفته است. بدین منظور سامانه ای جهت انجام آزمایش ها در گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان طراحی و ساخته شد. جهت انجام آزمایش ها هوا به عنوان سیال دوره گرمایش و آب به عنوان سیال دوره سرمایش انتخاب گردید. در بخش ذخیره سازی انرژی به روش گرمای محسوس جهت بررسی اثر جنس و قطر آکنه ها پرکن هایی از جنس سرامیکی آلومینایی، سرامیکی سیلیکایی و فلزی در دو قطر نیم و یک اینچی تهیه و آزمایش ها با این آکنه ها انجام شد. در بخش ذخیره سازی انرژی به روش گرمای نهان از پارافین به عنوان ماده تغییرفاز دهنده استفاده شد که درون کره هایی از جنس پلی اتیلن با قطر 40 میلیمتر کپسوله سازی شدند. در هر دو روش ذخیره سازی گرمای نهان و محسوس اثر دما و سرعت هوای ورودی به بستر نیز بررسی گردید. به منظور تحلیل رفتار این سامانه مدلسازی ریاضی آن در سه سطح مختلف برای هر دو حالت ذخیره سازی به روش گرمای محسوس و گرمای نهان بطور جداگانه انجام شد. تفاوت سه سطح ارائه شده برای بررسی عملکرد سامانه در فرضیات ساده کننده ای است که در سطوح پایین تر منجر به سادگی معادلات حاصل شده است. معادلات حاصل با بکارگیری روش های عددی مختلفی که با توجه به سطح مدلسازی انتخاب شدند حل گردیدند و نتایج حاصل از حل عددی مدل برای هر سه سطح با نتایج آزمایشگاهی حاصل مقایسه و بهترین مدل در پیش بینی رفتار سامانه انتخاب شد. در ادامه با تعریف پارامترهای بی بعد به ارزیابی عملکرد سامانه در شرایط عملیاتی مختلف پرداخته شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که راندمان بازیابی انرژی در سامانه مدنظر با افزایش دمای هوای ورودی و نیز با کاهش سرعت هوای ورودی افزایش می یابد و برای بستر حاوی ذرات کوچکتر به عنوان پرکن بیشتر است. همچنین مقایسه دو روش ذخیره سازی انرژی نشان می دهد که در روش گرمای نهان زمان ذخیره و آزادسازی انرژی و نیز میزان انرژی آزاد یا ذخیره شده در مقایسه با روش گرمای محسوس بیشتر است.