مبدل حرارتی کارآمد، همه چیز در لوله ها وجود دارد
طبیعت پر از پدیده های ضد شهودی است. من مجذوب نمونههای روزمرهای هستم، مانند آنچه در تابستان امسال درباره آن صحبت کردیم، حبابهایی که در یک پیمانه گینس فرو میروند ، اما باید بگویم که مهندسی نیز سهم مناسبی از این نمونهها دارد. مفهوم تبادل گرما در لولههای کواکسیال من را به عنوان یک دانشآموز تحت تأثیر قرار داد، زیرا نگرش بیوقفهای را به من نشان داد که نمونهای از مهندسین است که میخواهند طراحی خود را بهینه کنند. در این نوع مبدل حرارتی، هر دو جریان، سرد و گرم، ممکن است در یک جهت (جریان موازی) جریان داشته باشند، اما مهندسان معمولاً ترجیح می دهند جهت یک جریان (جریان مخالف) را معکوس کنند، زیرا آن را کارآمدتر می دانند. . سادگی این ایده طراحی قابل توجه است. برای یک مهندس جوان اصلاً شهودی نیست.
طرحی از مبدل حرارتی کواکسیال.
چرا جریان مخالف؟
قبل از اینکه بتوانیم به آن پاسخ دهیم، باید به سوال دیگری پاسخ دهیم: منظور از طراحی کارآمدتر در این زمینه چیست؟ خوب، به این معنی است که میانگین اختلاف دمایی در طول لولهها در حالت جریان مخالف بیشتر از حالت جریان موازی است یا با استفاده از اصطلاحات انتقال حرارت، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی (LMTD) بیشتر است. این طراحی دو جریان را قادر می سازد تا گرمای بیشتری را در طول لوله یکسان مبادله کنند (نمودار زیر را ببینید). که البته منجر به کاهش مواد و در نتیجه کاهش هزینه ها می شود.
پروفیل های دمایی موازی در مقابل جریان مخالف.
طراحی مبدل حرارتی
هنگام طراحی مبدل حرارتی چندین پارامتر وجود دارد که باید تعیین شود. مانند سطح مبدل مورد نیاز، یا حداقل نرخ جریان جرمی که مشخصات دمای مورد نظر را تضمین می کند. کار با خواص حمل و نقل آشفته و مواد وابسته به دما نیز باید در نظر گرفته شود. تعداد زیادی کتاب راهنما، نوموگرام، معادلات و موارد مشابه برای این هدف موجود است. این ابزارها در مراحل اولیه طراحی بسیار مفید هستند، اما منجر به محاسبات دست و پا گیر، مستعد خطا و طولانی می شوند و در عین حال بر فرضیات ساده تکیه می کنند. به منظور تایید طراحی و بهینه سازی راه حل پیشنهادی، مهندس باید به شبیه سازی نگاه کند.
حالا اجازه دهید به شما نشان دهم که چگونه شبیه سازی می تواند واقعا مفید باشد. با استفاده از COMSOL Multiphysics و ماژول جریان لوله، مشکل طراحی نشان داده شده در طرح بالا را حل کردم.
تعریف مشکل
با توجه به یک مبدل حرارتی ضد جریان کواکسیال که در آن تمام خواص هندسی، خواص سیال و جامد، دمای ورودی و نرخ جریان جرم ورودی ثابت است، که (الف) دمای خروجی جریان داغ برای طول 12، 36 است. به ترتیب 60 متر؛ (ب) طول مورد نیاز برای جریان دمای خروجی 73 درجه سانتیگراد؟ ماهیت آشفته جریان، زبری سطح لوله و خواص مواد وابسته به دما را در نظر بگیرید. جریان های کاملاً توسعه یافته را در نظر بگیرید.
پس از تنظیم مدل، مسئله (الف) را با استفاده از یک جاروی پارامتری و مسئله (ب) را با استفاده از یکی از روشهای جدید بهینهسازی بدون گرادیان حل کردم . مجموع زمان شبیه سازی برای هر دو مشکل زیر 2 دقیقه بود که در شکل های زیر می توانید نتایج را مشاهده کنید. من از نتایج کاملاً راضی هستم و نیازی به تکیه بر فرضیات ساده سازی ساده نبودم. من مطمئن هستم که طراحی خوبی است.
مشکل (الف) حل شد: پروفیل های دما در امتداد مبدل حرارتی.
مشکل (ب) حل شد: طول بهینه مبدل حرارتی 24.9 متر است.
بیشتر خواندن
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید