چکیده :
مبدل حرارتی وسیله ای است که انرژی را از سیالی به یک یا چند سیال دیگر که دارای درجه حرارت های متفاوتی هستند منتقل می کند ، لذا مبدل های حرارتی در تمام زمینه های صنعتی ،تجاری و حتی زندگی روزمره نیز که به نحوی با تبادل انرژی سر و کار دارند مورد استفاده قرار می گیرند . برای شناخت هر چه بهتر مبدل های حرارتی آن ها را در هشت گروه متفاوت دسته بندی می کنیم .
مبدل های حرارتی با جریان متقاطع که در اغلب کاربرد های صنعتی مانند تولید بخار در دیگ های بخار و یا گرمایش و سرمایش هوا و گاز های دیگر کاربرد دارند ، در این دسته بندی جزء مبدل های حرارتی با جریان پیوسته سیال به صورت تماس غیر مستقیم که هم به صورت فشرده و هم غیر فشرده ساخته شده و با ساختاری به شکل لوله ای و صفحه ای با آرایش جریان عمود بر هم بین دو سیال که به صورت جابجائی با هم تبادل حرارت می کنند ، جای می گیرند .
مبدل های حرارتی لوله – پره دار صفحه ای که جزء این نوع از مبدل های حرارتی هستند کمتر مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند ، هچنین در کتب درسی و دانشگاهی نیز کمتر به معرفی این نوع مبدل های حرارتی مبادرت گردیده است ، لذا هدف از این تحقیق معرفی بیشتر این نوع از مبدل های حرارتی و بررسی اثر پارامتر های هندسی موثر در طراحی این نوع مبدل های حرارتی می باشد .
بنا براین در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت که یکی از نرم افزارهای دینامیک سیالات است ، به بررسی اثر این پارامترها در طراحی این نوع از مبدل های حرارتی(CFD)محاسباتی پرداخته ایم و در نهایت نیز نتایج بدست آمده از تحقیق را با نتایج محاسبات تجربی در مبدل های حرارتی با جریان متقاطع بروی دسته لوله ها مقایسه شده است .
فهرست مطالب
چکیده
مقدمه
1-1 دسته بندی مبدل های حرارتی
1-1-1 دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان
2-1-1 دسته بندی بر مبنای پدیده انتقال
3-1-1 دسته بندی بر مبنای فشردگی سطح
4-1-1 دسته بندی بر مبنای طریقه ساخت ( ساختمان)
الف) مبدل های حرارتی لوله ای
1- مبدل های دو لوله ای
2- مبدل های لوله مارپیچ
3- مبدل های لوله پوسته ای
ب) مبدل های حرارتی صفحه ای
1- مبدل های صفحه و شاسی
2- مبدل های صفحه مارپیچی
3- مبدل های لاملا
4- مبدل های صفحه – کویل
ج) مبدل های با سطوح گسترش یافته
1- مبدلهای صفحه پره دار
2- مبدل های لوله ای پره دار
د – بازیاب ها
5-1 دسته بندی بر مبنای آرایش جریان
1-5-1 مبدل های حرارتی تک مسیره
الف) مبدلهای با جریان مخالف
ب) مبدل های با جریان موازی
ج) مبدل های با جریان عمود بر هم
2-5-1 مبدل های حرارتی چند مسیره
الف) مبدل حرارتی جریان مخالف- عمود بر هم
ب) مبدل حرارتی با جریان موازی- عمود بر هم
ج) مبدل حرارتی با جریان موازی- مخالف
6-1 دسته بندی بر مبنای تعداد سیالات
7-1 دسته بندی بر مبنای مکانیزم انتقال حرارت
8-1 دسته بندی بر مبنای درجه حرارت کارکرد
1-8- 1 ویژگیهای مبدلهای دمای پایین
مقدمه
1-1 جدایش جریان
محدوده مقادیر لزجت در سیالات مختلف بسیار وسیع است. مثلاً لزجت هوا در فشارها و درجه حرارت¬های معمول، نسبتاً کوچک است. این مقدار کوچک لزجت در بعضی شرایط، نقش مهمی در توصیف رفتار جریان ایفا می¬کند. یکی از اثرات مهم لزجت سیالات در تشکیل لایه¬ مرزی است.
جریان سیالی که بر روی یک سطح صاف و ثابت حرکت می¬کند را در نظر بگیرید. به تجربه ثابت شده است که سیال در تماس با سطح به آن می¬¬چسبد (شرط عدم لغزش ). این پدیده باعث می¬شود که حرکت سیال در یک لایه نزدیک به سطح کند شود و ناحیه¬ای به ¬نام لایه ¬¬¬مرزی بوجود می¬آید. در داخل لایه مرزی سرعت سیال از مقدار صفر در سطح به مقدار کامل خود افزایش می¬یابد، که معادل سرعت جریان در خارج از این لایه است. بعبارت دیگر، در لایه ¬مرزی سرعت افقی در امتداد عمود بر سطح تغییر می¬کند، که این تغییرات در نزدیکی سطح بسیار شدید است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه 1
1-1 جدایش جریان ……………………………………………. 1
1-2 نحوه تشکیل و پخش گردابه ………………………………………… 7
1-3 کاربرد جریان¬بندها در مهندسی ……………………………………….. 18
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته 21
2-1 مقدمه ……………………………………………………… 21
2-2 هندسه یک سیلندری در جریان آرام …………………………………… 21
2-3 هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش ………………………………. 31
2-4 هندسه چند سیلندری در جریان آرام …………………………….. 39
2-5 هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش ………………………… 48
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن 59
3-1 طرح مسأله فعلی و جایگاه آن ……………………………. 59
3-2 هندسه مسأله ………………………………………. 62
3-3 معادلات حاکم در جریان آرام ………………………………. 63
3-3-1 میدان جریان سیال …………………………………………… 63
3-3-2 میدان دما و انتقال حرارت ………………………. 67
3-4 معادلات حاکم در جریان مغشوش ………………………………. 69
3-4-1 میدان جریان سیال و دما ………………………………………………. 69
3-5 جمع¬بندی معادلات …………………………………………… 72
3-6 روش حل مسأله ………………………………………….. 74
3-7 شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها …………………………………….. 87
3-7-1 مقدمه ………………………………………………………. 87
3-7-2 شرط مرزی ورودی ………………………………………….. 87
3-7-3 شرط مرزی خروجی …………………………………………….. 89
3-7-4 شرط مرزی دیوار …………………………………………. 90
3-7-5 شرط مرزی تقارن ……………………………………….. 92
فصل چهارم: نتایج جریان آرام 94
4-1 مقدمه …………………………………………………. 94
4-2 مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود …….. 95
4-3 مطالعه شبکه ……………………………………………………. 99
4-4 مطالعه نسبت انسداد …………………………………………………. 105
4-5 تحلیل نتایج رژیم جریان آرام ………………………………… 118
4-5-1 تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5 …………….. 118
4-5-2 تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف ……………… 138
4-5-3 تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما ………………………. 147
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش 161
5-1 مقدمه ………………………………………………………. 161
5-2 تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال ……………………………….. 162
5-3 تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت …………………………………. 178
جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات 183
پیوستها
پیوست الف: متن کامل مقاله ارائه شده در دهمین کنفرانس دینامیک شاره¬ها 1385 ………. 186
پیوست ب: متن کامل مقاله پذیرفته شده جهت ارائه در کنفرانسISME2007 …………….. 197
پیوست ج: استخراج معادلات حاکم بر جریان و نحوه بی¬بعد کردن آنها ……………………….. 203
پیوست د: محاسبه مشتق اول با دقت مرتبه دوم در یک نقطه در شبکه غیر یکنواخت ……….. 212
فهرست منابع 215
فهرست جداول
فصل اول: مقدمه 1
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته 21
جدول 2-1 تأثیر فاصله پایین¬دست سیلندر در رینولدز 100 و نسبت انسداد 7% ……….. 22
جدول 2-2 مقایسه نتایج حاصل از استفاده از شرط مرزی خروجی مختلف ……………..24
جدول 2-3 مقایسه نتایج بدست آمده برای سیلندرهایی با نسبت منظرهای متفاوت ………….34
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن 59
جدول 3-1 مقادیر بی¬بعد ابعاد هندسی……………………………………….. 62
جدول 3-2 ترم¬های مختلف معادلات بی بعد شده جاکم بر مسأله ……………………73
فصل چهارم: نتایج جریان آرام 94
جدول 4-1 مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد10% …….. 100
جدول 4-2 مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد 5% ……… 100
جدول 4-3 مقایسه نتایج بدست آمده پارامترهای جریان در نسبت انسدادهای مختلف ……….. 106
جدول 4-4 مقایسه نتایج بدست آمده عدد نوسلت سیلندرها در نسبت انسدادهای مختلف 107
جدول 4-5 مقادیر پارامترهای مختلف جریان در اعداد رینولدز متفاوت برای G=5 ………… 134
جدول 4-6 پارامترهای مختلف محاسبه شده جریان در فواصل بین سیلندری مختلف ………. 143
جدول 4-7 مقادیر محاسبه شده عدد نوسلت سیلندرها در فواصل بین سیلندری مختلف …… 153
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش 161
جدول 5-1 مقادیر عدد نوسلت وجوه مختلف سیلندرها در اعداد رینولدز متفاوت ……………. 182
فایل بصورت ورد 194 صفحه قابل ویرایش می باشد
