پارس پروژه پرتال خدمات دانشگاهی
این فایل موجود نیست
چکیده
در راستای بازیافت انرژی اتلافی که در بسیاری از موارد به صورت جریان‌های داغ وارد اتمسفر و محیط میشوند،مبدل های حرارتی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار میباشند.تبادل گرهای حرارتی با توجه به نوع کاربردشان دارای انواع گوناگونی همچون مبدل‌های پوسته لوله،دو لوله‌ای و صفحه‌ای میباشند.علاوه بر این گونه‌ای دیگر از مبدل‌ها به نام مبدل‌های لوله گرمایی در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند.در واقع لوله‌های حرارتی تجهیزاتی جهت استفاده از انرژی ناشی از تغییر فازسیالات هستند.اهمیت این موضوع از مقایسه‌ی گرمای محسوس و گرمای نهان تبخیر یک سیال روشن تر میگردد.به عنوان نمونه،انرژی لازم برای افزایش دمای ۱ کیلو گرم آب به میزان C°۲۰ (با توجه به رابطه‌ی Q=m.c.ΔT ) معادل KJ84 است.این در حالیست که انرژی لازم برای تبخیر kg1 آب در همان فشار (با توجه به رابطه‌ی Q=m.hfg )حدود KJ2260 می‌باشد.در حقیقت این موضوع فکر اولیه‌ی ساخت لوله‌ی حرارتی بوده است.
تاریخچه
از سال ۱۸۳۱ تا ۱۸۹۲، S.Perkins و A.M.Perkins طرحی را ارائه دادند که آن را لوله پرکین نامیدند، که اساساً یکلوله گرمایی بود و لوله های گرمایی تک فاز و دو فاز را برای کاربرد بولیرها به کار گرفتند.
آنجیر مارچ پرکین در انتهای قرن هجدهم در ماساچوست ایالات متّحده به دنیا آمد و در سال ۱۸۲۷ به انگلستان آمد تا بتواند تحقیقات بیشتری روی بویلرها و سیستم ها توزیع حرارت انجام دهد. کار بر روی لوله پرکین که وسیله ای با جریان دو فازی بود به شکل اختراع به پسر آنجیر پرکین نسبت داده می شود، در حالیکه عمده کارهای ابتدائی آن توسط آنجیر پرکین در نیمه¬ی قرن نوزدهم انجام شد. پرکین روی سیستم های توزیع حرارت تک فاز کار می کرد.
مقاله ای که در سال ۱۸۹۸ منتشر شد بیان می کند که پرکین در سال ۱۸۳۱ اولین اختراعش را با عنوان سیستم گرمایش پرکین توسط لوله های آهنی باریک به ثبت رساند. این سیستم اساساً یک بویلر با لوله های سر بسته بود که آب درون لوله ها (به صورت تک فاز در فشار بالا) بین کوره و دیگ بخار گردش کرده و یک سیستم گرمایش غیر مستقیم ایجاد می کرد. این بویلر با لوله های بسته بیش از صد سال در مقیاس تجاری تولید می شد. مشخصه های این سیکل بسته گرمایشی آب داغ، استفاده از آن را برای تبخیر کننده های تصفیه شکر، برای بویلرهای بخار و همچنین فرآیندهای بسته گرمایشی آب داغ، و همچنین فرآیندهای مختلفی که فلزات مذاب را برای آلیاژ کاری و کار با فلزات در دمای بالا نیاز داشتند، پیشنهاد می کرد. به این دلیل که در این سیستم، آب داغ پر فشاری با دمای دیواره بیش از C1500 تولید می شد.
در سال ۱۸۳۹ یک بویلر لوله ای هم مرکز کشف شد. این سیستم در لوکومتیوهای بخار و بویلرهای بزرگی که بر این اساس کار می کنند، شامل تعداد زیادی لوله های بزرگ می شوند که از یک طرف بسته شده اند. ثابت شد که این سیستم سریعترین تولید کننده بخار فوق داغ بود که توسط شرکت پرکین ساخته شد.
در سال ۱۹۴۲ R.S.Gaugler نظریه لوله گلولهایی را مطرح نمود و در سال ۱۹۶۳، Grover این نظریه را به اجرا رسانید.
ساختمان و کارکرد لوله‌ی حرارتی
یک لوله‌ی حرارتی سنتی تشکیل می شود از یک استوانه‌ی خالی دو سر مسدود که از سیال تبخیر پذیری پر شده است. گرما در بخش تبخیر(قسمت داغ لوله) جذب می شود، سیال به جوش می آید و وارد حالت بخار می شود. بخار به سمت دیگر استوانه حرکت می کند. حرارت از بخش بالایی استوانه وارد محیط اطراف می شود در نتیجه با روی دادن میعان، بخار به فاز مایع بر می گردد و به خاطر جاذبه و سنگینی و یا به کمک فتیله (با استفاده از اثرموئینگی ( به بخش تبخیر بر میگردد و این به یک چرخه‌ی مکرر بدل می شود.
همانطور که در قسمت قبل اشاره شد یکی از تجهیزاتی که جهت بازیافت انرژی مورد استفاده می گیرد مبدل های حرارتی لوله گرمایی است این مبدل ها به دلایلی که به آنها اشاره خواهد شد نسبت به سایر مبدل ها ارجح می باشند و به همین دلیل در دو سه دهه اخیر مورد توجه محافل علمی و صنعتی قرار گرفته اند .
عملکرد لوله های گرمایی
لوله‌ی گرمایی در شکل عمومی به صورت یک لوله‌ی استوانه ای (شکل زیر) یا محفظه‌ای با شکل های مختلف می‌باشد،که جدار داخلی آنها از شیار های طولی باریک و یا از توری های نازک که با بافت ریز به صورت یک لایه یا چند لایه می‌باشد ،پوشانده شده است این نوع از بافت داخلی لوله را فیتیله می نامند.فیتیله توسط فاز مایع یک سیال کاری اشباع شده و باقیمانده‌ی حجم لوله را فاز بخارتشکیل داده است.