مدلسازی عددی انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای
Abstract
در بررسی عملکرد یک مبدل حرارتی صفحه ای نوع آرایش جریان، یکی از مهمترین عوامل تاثیر گذار در کارایی مبدل است. یکی از مزایای این نوع مبدل حرارتی قابلیت انطباق با نوع فرآیند است که به واسطه ی تنوع در آرایش گذرها، می توان به میزان انتقال حرارت و دمای سیال خروجی مورد نظر دست یافت و مبدل را برای انجام فرآیند های گوناگون آماده کرد. لازم به ذکر است که ناهمواریها و شیارهای روی صفحات و نیز فاصله بسیار کم آنها از یکدیگر سبب ازدیاد اغتشاش در کانالها می شود بگونه ای که جریان سیال در رینولدزهای پایین نیز مغشوش است. پارامترهایی که نوع آرایش جریان را تعیین می کنند تعدادکانال ها، تعداد گذر هریک از دو سیال، مکان نسبی ورودی تغذیه، موقعیت سیال گرم ورودی و نحوه حرکت سیال درون کانال ها است که از رهگذر تغییر این عوامل، جریان های همسو و ناهمسو، سری و موازی و ... ایجاد می شوند. در این پایان نامه سه نوع مبدل حرارتی صفحه ای شیار دار و نیز آرایش های مختلف یک مبدل صفحه ای با 24 کانال، (به عنوان نماینده ای که بتواند نتایج را به مبدل های صنعتی تعمیم دهد) مدلسازی و پارامتر های موثر در عملکرد مبدل، مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین کانتورهای دما و سرعت و نیز پروفیلهای دما در طول کانالها در تعدادی از آرایش ها تشریح می شود. در کار حاضر حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از طریق یک کد تجاری، به روش حجم محدود و با استفاده از مدل اغتشاشی ، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و صحت نتایج بدست آمده توسط نتایج تجربی، تحقیق می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش تعداد گذر و تعداد کانال ها با جریان ناهمسو، موجب افزایش کارائی مبدل می شود اما روند تغییر تعداد مسیر های ناهمسو، در همه آرایش ها نمی تواند تعیین کننده روند تغییر میزان انتقال حرارت و کارایی مبدل باشد. می توان گفت افزایش توأم این دو پارامتر، افزایش انتقال حرارت در مبدل را به همراه دارد. میزان کارایی در مبدل هایی با آرایش مشابه، برای جریان غیر هم جهت در ورودی، بیشتر از میزان کارایی در مبدل با جریان هم جهت در ورودی است. نقش ورودی جریان سیال دوم، در بعضی مسائل حتی از تعداد گذر نیز بیشتر است. در یک مبدل با تعداد کانال ثابت، افزایش تعداد گذر منجر به افزایش دبی سیال عبوری از کانال ها شده و افت فشار در مبدل را افزایش می دهد. همچنین با افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی، ضریب انتقال حرارت کلی را بالا برده و در نهایت منجر به انتقال حرارت بیشتر در کل مبدل می گردد. هرگاه تعداد کانال های یک گذر بیشتر از یکی باشد، دبی سیال آن گذر بین کانال ها تقسیم می شود. این تقسیم بندی به نسبت کاملا مساوی صورت نمی گیرد، اما دمای سیال ورودی به کانال های یک گذر دقیقا مساوی دمای سیال ورودی به مبدل است. میزان کارایی در مبدل با جریان عمودی، با اختلاف کمی از میزان کارایی در مبدل با جریان قطری و با آرایش مشابه آن، کمتر است.