مطالعه میدان دما در جریان پیوسته آب تحت گرمایش مایکروویو در کانال استوانه ای بکمک نرم افزار ansys

در مطالعه حاضر، انتقال حرارت در جریان آرام و پایدار آب تحت تابش امواج مایکروویو به صورت عددی بررسی شده است. هدف از این بررسی طراحی آبگرمکنی است که در آن بجای استفاده از سوخت فسیلی و یا گرمای هیترهای الکتریکی، از امواج مایکروویو برای گرم کردن جریان آب استفاده می شود. در طراحی یک مدل جامع از این نوع آبگرمکن ها، از نرم افزار ansys استفاده شده است. سپس تأثیر پارامترهایی چون سرعت جریان ورودی، قطر و طول کانال حاوی جریان، بر انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. مقالات زیادی به بررسی گرمایش مایکروویوی مواد خوراکی جامد پرداخته اند و در حوزه مطالعه گرمایش مایکروویوی جریان سیالات، مطالعات اندکی صورت پذیرفته است. به همین علت، بررسی انتقال حرارت در جریان آب تحت تابش مایکروویو بعنوان زمینه اصلی این مطالعه انتخاب شده است. بدین منظور ویژگی های سیستم گرمایش مایکروویوی بر اساس اطلاعات یک شرکت سازنده و یک مقاله عددی و تجربی انتخاب گردید. شبیه سازی و مش بندی سیستم گرمایش مایکروویوی که شامل مش سیالاتی- حرارتی و الکترومغناطیسی به صورت همزمان می باشد، در نرم افزار ansys انجام شد و بررسی انتقال حرارت نیز در ادامه توسط این نرم افزار و با استفاده از خواص دی الکتریکی آب تابع دما انجام شد. سپس صحت نتایج از مقایسه با مقاله ای عددی تأمین شد و هدف اول که طراحی آبگرمکن مایکروویو در نرم افزار ansys بود بدست آمد. سپس محاسبات لازم برای بررسی دیگر پارامترها نظیر تأثیر سرعت ورودی آب، قطر و طول کانال بر توزیع دمای آب در خروجی لوله و جذب گرما انجام گرفت. مشاهده شد که با افزایش قطر لوله تا یک اندازه مشخص، جذب توان و گرما توسط آب بدلیل افزایش سطح در معرض تابش، زیاد می شود. اما با زیادتر شدن قطر از این مقدار مشخص، افت ناگهانی در جذب گرما دیده می شود که دلیل آن مورد بحث قرار گرفته است. نمودارهای جذب توان بر حسب سرعت میانگین ورودی آب رسم شده و بررسی شدند. مشاهده می شود که برخلاف دمای خروجی که با افزایش سرعت کاهش می یابد، توان جذب شده افزایش می یابد. از دیگر نتایج این است که با افزایش طول کانال دمای خروجی و توان جذب شده، هر دو کاهش می یابند. نهایتاً با توجه به نتایج، می توان گفت که با بکارگیری توان مایکروویو در فرکانس مطلوب جهت گرمایش جریان آب و با انتخاب قطر و طول مناسب برای کانال حاوی جریان آب در یک سرعت ورودی مشخص می توان آبگرمکنی مایکروویوی با شرایط مصرفی مطلوب را طراحی نمود.