14385

بررسي شبيه سازي ها و نرم افزارهاي طراحي مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله

1402

دكتر شاهرخ شاه حسيني

مبدل‌هاي حرارتي تجهيزاتي پركاربرد در صنايع مختلف هستند كه به منظور انتقال حرارت بين دو سيال طراحي شده‌اند. اين تجهيزات نقش مهمي در فرآيندهاي صنعتي ايفا مي‌كنند. يكي از رايج‌ترين انواع مبدل‌هاي حرارتي، مبدل‌هاي پوسته و لوله است. در اين مبدل‌ها، بهينه‌سازي پارامترهايي مانند نوع بافل‌ها، فاصله بين آن‌ها و تجهيزات داخلي پوسته، تأثير بسزايي در توزيع جريان، ضريب انتقال حرارت و ميزان افت فشار دارد. در ابتدا، برخي از نرم‌افزارها و روش‌هاي جديد شبيه‌سازي براي طراحي مبدل‌هاي حرارتي به همراه كاربردها، مزايا و معايب آن‌ها مورد بررسي قرار گرفته شد در ادامه چهار روش مختلف شامل تئوري كرن، شبيه‌سازي با نرم‌افزار ASPEN، HTRI و SOLIDWORKS براي تحليل ضريب انتقال حرارت و افت فشار در سمت پوسته اين مبدل‌ها مورد استفاده قرار گرفت و نتايج به دست آمده نشان‌دهنده همخواني بالاي نتايج اين روش‌ها با يكديگر و اثبات اعتبار روش‌هاي تئوريك در پيش‌بيني عملكرد حرارتي و هيدروليكي مبدل‌ها است و همچنين شبيه‌سازي‌هاي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) به كمك نرم‌افزار ANSYS انجام شد تا عملكرد مبدل‌هاي پوسته و لوله با انواع جديد بافل‌ها شامل بافل‌هاي مثلثي (TRI) و گل سه‌پر (TF) در مقايسه با بافل‌هاي سنتي مقطعي (SG) بررسي شود، نتايج اين شبيه‌سازي‌ها نشان دادند كه بافل TF-STHX با افزايش چشمگير ضريب انتقال حرارت، كارايي بالاتري نسبت به بافل‌هاي سنتي ارائه مي‌دهد، هرچند كه اين افزايش ضريب انتقال حرارت با افت فشار بالاتري همراه است. در مقابل، مدل TRI-STHX علاوه بر بر افزايش ضريب انتقال حرارت و بهبود عملكرد ترموهيدروليكي، با كاهش لرزش‌هاي ناشي از پوسته، ثبات بيشتري در عملكرد مبدل نشان داد. با استفاده از نسبت عملكرد حرارتي به افت فشار (hs/ΔP)، مشخص شد كه بافل TRI-STHX نسبت به ساير مدل‌ها، بهينه‌تر عمل مي‌كند و مي‌تواند باعث كاهش قابل توجهي در لرزش‌هاي ساختاري و افزايش طول عمر مبدل شود.نتيجه‌گيري اين مطالعه تأكيد مي‌كند كه انتخاب نوع بافل و طراحي بهينه مبدل‌هاي پوسته و لوله، مي‌تواند بهبود چشمگيري در كارايي حرارتي و هيدروليكي آن‌ها ايجاد كند. استفاده از اين نوع بافل‌ها مي‌تواند به صنايع كمك كند تا با صرف انرژي كمتر، به عملكرد بهينه‌تري در فرآيندهاي حرارتي دست يابند.

12/18/2024 12:00:00 AM

85505

1403/10/14

Review of Simulations and Software for Designing Shell-and-Tube Heat Exchangers

CFD، ASPEN، HTRI، روش تئوريك كرن، بافل‌هاي قطعه‌اي، مبدل حرارتي پوسته و لوله

CFD, ASPEN, HTRI, Kern theory, segmental baffles, shell-and-tube heat exchanger