13134

13134

تحليل عددي و ‌‌‌‌‌‌بررسي تجربي افت فشار و انتقال حرارت جريان مغشوش دو‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فازي در مبادله‌گرهاي مارپيچي

دكتري

مكانيك

خرداد ماه1393

خرداد ماه1393

دكتر حميد صفاري

دكتر نوروز محمد نوري

چكيده در اين رساله، افت فشار و انتقال حرارت جريان دو فاز (آب – هوا) درون كويلهاي مارپيچ بصورت تجربي و عددي تحليل شده است. در مقايسه با لوله¬هاي مستقيم، لوله¬هاي مارپيچ داراي سطح فشرده¬تري بوده و ضريب انتقال حرارت و اصطكاك بيشتري دارند. با توجه به اينكه افت فشار در لوله مارپيچ بيشتر است، چنانچه جريان گاز بصورت حبابهاي ريز در جريان سيال قرار گيرد، افت اصطكاكي كاهش مي يابد كه در اين تحقيق اثر جريان گاز بصورت حبابهاي ريز بر افت فشار و كاهش درگ اصطكاكي در جريان دو فازي آب – هوا در لوله مارپيچ بصورت تجربي بررسي شده است. محدوده رينولدز بررسي شده از 10000 تا 80000 و كسر حجمي 0 تا 0.09 بوده است. قطر ميانگين حباب هواي تزريق شده 250 ميكرومتر است. نتايج تجربي نشان مي دهند كه بيشترين كاهش درگ اصطكاكي در محدوده كسر حجمي، برابر 25% مي باشد.ضريب كاهش درگ با افزايش رينولدز كاهش مي يابد و ضريب درگ در يك كويل مارپيچ با افزايش نسبت انحنا، كاهش مي يابد. همچنين حل عددي جريان سيال تك فاز و دو فازي با استفاده از معادلات مختلف توربولانسي از جمله ، ، و بررسي شده و بهترين مدل توربولانسي كه بتواند جريان دو فازي را بررسي كند و با نتايج تجربي نزديكي خوبي داشته باشد، انتخاب شده است. در اين مطالعه به منظور شبيه سازي جريان سيال دو فازي از مدل اويلرين – اويلرين استفاده شد.نتايج حاصل از مدل هاي توربولانسي و با نتايج تجربيبه ترتيب 5 و3درصد اختلاف دارند. اثر تغيير پارامترهاي هندسي كويل از جمله قطر لوله، گام لوله، قطر كويل و همچنين تغييرات عدد دين، عدد رينولدز و كسر حجمي بر ضريب اصطكاك، توزيع كسر حجمي، طول ورودي جريان و ضريب انتقال حرارت بررسي شده است. توسعه يافتگي هيدروديناميكي جريان درون لوله مارپيچ بررسي شده است و با استفاده از الگوريتم ژنتيك رابطه اي براي طول ورودي پيشنهاد شده است. همچنين نتايج عددي نشان مي دهند كه با افزايش نسبت انحنا، ضريب انتقال حرارت در كويل افزايش مي يابد و افزايش كسر حجمي باعث كاهش ضريب انتقال حرارت مي شود هر چند كه تا كسر حجمي 4 درصد كاهش ضريب انتقال حرارت ناچيز مي باشد.به دليل جريان ثانويه در كويل مارپيچ، مقدار عدد نوسلت در ديواره بيروني خيلي بيشتر از جداره داخلي لوله است. با افزايش قطر لوله ضريب انتقال حرارت افزايش و با افزايش قطر كويل، ضريب انتقال حرارت كاهش مي يابد. همچنين مشاهده شده است كه گام تاثير چنداني بر ضريب انتقال حرارت ندارد.افزايش ضريب انتقال حرارت در كويل مارپيچ نسبت به لوله مستقيم بررسي شده و نتايج نشان مي دهند كه در محدوده نسبت انحناي بررسي شده، ضريب انتقال حرارت تا50 درصد افزايش مي يابد. همچنين نسبت ضريب انتقال حرارت در حالت دو فازي و تك فازي بررسي شده و نتايج نشان مي دهند كه اثر نسبت انحنا بر ضريب انتقال حرارت در حالت تك فاز و دو فاز اثر يكساني دارد. واژه‌هاي كليدي:كويل مارپيچ، جريان دو فازي، جريان ثانويه، افت فشار، انتقال حرارت