5432

5432

مدلسازي و شبيه سازي غيرهمدماي مبدلهاي حرارتي مجهز به فوم

دكتري

مهندسي شيمي

١٣٨٩

١٣٨٩

دكتر نوراله كثيري

چكيده در كار حاضر مدلسازي و شبيهسازي عددي رفتار هيدروديناميكي و حرارتي سيال در مبدلهاي حرارتي مجهز به فوم با تخلخل بالا صورت پذيرفته است. در مبدل كار حاضر، فوم با ضخامت معيني بدور هر لوله متصل شده و سيال از درون لوله و محيط متخلخل فوم بصورت ناهمسو عبور مينمايد. اين نوع از مبدل در حقيقت متداولترين نوع مبدل حرارتي مجهز به فوم مي باشد . معادلات پيوستگي، مومنتوم و حرارت براي سيال داخل لوله و محيط متخلخل فوم مدل و بصورت همزمان حل شدهاند. در معادله مومنتوم جملههاي افت فشار برينكمن و فورشهايمر مربوط به اصطكاك و اينرسي در نظر گرفته شده است. همچنين از فرض غير همدمايي فلز فوم و سيال گذرا از آن در نوشتن معادلات انتقال حرارت در محيط متخلخل فوم استفاده گرديده است . با حل عددي مدل پيشنهادي مقادير سرعت، دماي سيال و فلز فوم در مبدل، محاسبه ميگردد. به علت ارتباط و تاثير دو بخش داخل لوله و محيط متخلخل فوم بر يكديگر، اعمال شرط مرزي صحيح براي معادلات انتقال حرارت در ديواره بسيار چالش برانگيز است. در كار حاضر دو ديدگاه براي نقاط گرهي روي ديواره با يكديگر مقايسه شده و شرط مرزي صحيح روي ديواره لوله پيشنهاد گرديده است. يكي فرض پيوستگي محيط و نوشتن معادلات انتقال حرارت بصورت پيوسته براي نقاط گرهي واقع در ميدانهاي محاسباتي داخل و بيرون لوله و ديگري فرض يك چشمه حرارتي براي نقاط روي ديواره لوله كه ديدگاه دوم نتايج دقيقتري را ارائه ميدهد. همچنين در كار حاضر الگوريتم حل سيمپلر به منظور رفع مشكل عدم همگرايي و يا همگرايي كند نتايج، تصحيح شده است. درنظر گرفتن كليه جملههاي افت فشار، شرط غيرهمدمايي براي معادلههاي انتقال حرارت سمت فوم و شرايط مرزي دماي متغير در ديواره لوله به همراه تصحيح ال گوريتمهاي حل پيشنهادي برخي از كاستيهاي كارهاي پيشين را رفع نموده و موجب افزايش دقت نتايج شده است .با حل مدل پيشنهادي نمودارهاي تغييرات دما و سرعت سيال با طول و شعاع مبدل بدست مي - آيد. نتايج حاصل از مدل تطابق خوبي با مدل تحليلي ساده و نتايج تجربي نشان مي دهد . نتايج بدست آمده نشان ميدهد كه استفاده از فوم منجر به افزايش قابل توجه عدد ناسلت ميگردد كه در بعضي موارد ميتواند تا ١٥ برابر افزايش يابد. اما افت فشار عبور سيال نيز افزايش مي يابد . طراحي مشخصات فوم بايستي با توجه به دو عامل عدد ناسلت و افت فشار صورت پذيرد. همچنين در كار حاضر يك مدل تحليلي سه بعدي براي محاسبه ضريب هدايت حرارتي موثر، ز براساس مشخصات هندسي فوم توسعه داده شده است. با استفاده از اين ديدگاه، نقايص مدلهاي پيشين از جمله عدم توجه به همسانگرد بودن يا نبودن ساختار هندسي فوم، عدم توجه به تغيير شكل سطح مقطع رشتههاي فلزي فوم با تغيير تخلخل و عدم توجه به وجود گره هاي جامد در محل برخورد رشتههاي فلزي با يكديگر رفع شده است. عدم توجه به ناهمسانگرد بودن محيط ٥٩ ايجاد نمايد. / متخلخل فوم ميتواند خطاي قابل ملاحظهاي تا حدود % ٦ واژه هاي كليدي: مبدل حرارتي مجهز به فوم، ضريب هدايت حرارتي موثر، مدل غي ر همدم اي حرارتي، شبيهسازي، مدلسازي.