طراحی مبدل حرارتی

کد محصول: me164

تعداد صفحات: ۱۰۵صفحه فایل word

قیمت: ۱۵۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

فهرست مطالب

چکیده ۱
فصل اول
مقدمه ۴
۱- مبدل های حرارتی و انواع آن ۴
۲- رفتار گذرای مبدل لوله و پوسته ۱۵
۱-۱ زمینه های تحلیلی ۱۸
۱-۲ زمینه های عددی ۲۵
فصل دوم
بررسی رفتار گذرای مبدلهای حرارتی از طریق روشهای تحلیلی ۳۴
۲-۱ حل دقیق پروسه های انتقال با جریان موازی در حالت گذرا ۳۴
۲-۲ معادلات اساسی ۳۵
۲-۳ روش حل معادلات ۳۷
۲-۴ نتایج ۴۵
۲-۵ بحث ۵۱
فصل سوم
بررسی رفتار گذرای مبدلهای حرارتی از طریق روشهای عددی ۵۵
۳-۱ روش سلول بندی ۵۵
۳-۲ آنالیز یک مبدل حرارتی در حالت دائم ۶۱
۳-۲-۱ روش حل معادلات ۷۰
۳-۲-۲ محاسبه افت فشار ۷۱
۳-۲-۳ نتایج آنالیز حالت دائم ۷۸
۳-۳ آنالیز یک مبدل حرارتی در حالت گذرا ۸۳
۳-۳-۱ روش حل معادلات ۹۲
۳-۳-۲ محاسبه دبی جرمی و افت فشار ۹۴
فصل چهارم
ارائه نتایج و بحث ۹۷
۴-۱ پاسخ مبدل نسبت به تغییرات ناگهانی ورودی ها ۹۸
۴-۲ پاسخ مبدل نسبت به تغییرات خطی و سینوسی ورودی ها ۱۰۱
پیوست
مشخصات هندسی یک مبدل لوله – پوسته ای ۱۲۰
علائم ۱۲۳
منابع و مآخذ ۱۲۵
چکیده
در اینمقاله به طراحی یک مبدل لوله – پوسته پرداخته ایم که رفتار گذاری آن مورد ارزیابی قرار گرفته و توزیع دمای سمت لوله و پوسته بصورت تابعی از زمان ، هنگامیکه تغییراتی در دبی و یا در دمای ورودی یک طرف داشته باشم ، بررسی شده است .
به منظور تحلیل موضوع ، مبدل را به صورت مجموعه ای از سلول ها در نظر می‌گیریم که هر سلول خود مثل یک مبدل حرارتی عمل می‌کند ولی با توجه به آنکه ابعاد آن کوچک است ، می‌توان خواص ترمودینامیکی سیال درون آن را یکنواخت فرض کرد . هر سلول از دو قسمت لوله (شامل سیال لوله و قسمتی از بدنه لوله ) و پوسته (شامل قسمتی از بدنه لوله ، سیال پوسته و قسمتی از بدنه پوسته ) تشکیل شده است .
جهت بررسی دقیق تر مبدل های گاز به گاز ، جریان سیال در دو طرف تراکم پذیر فرض می‌شوند و بنابراین با نوشتن معادلات بقای جرم و انرژی در دو قسمت هر سلول به دستگاه معادلاتی خواهیم رسید که حل آنها تعیین کننده توزیع دمای هر طرف به صورت تابعی از زمان است (لازم به توضیح است که این آنالیز ، مبدل های جریان تراکم ناپذیر را نیز در برمی‌گیرد ) .
حل دستگاه معادلات ایجاد شده با روش تکرار و انتخاب حدس اولیه انجام می‌شود و در نهایت تعیین افت فشار در هر سلول امکان پذیر است .
در خاتمه ، نتایج رفتار گذرای یک مبدل حرارتی بدنبال ایجاد تغییرات ناگهانی (پله) ، خطی و سینوسی دردبی و یا در دمای ورودی جریان سمت لوله و یا پوسته ارائه و در هر مورد زمان لازم برای رسیدن به حالت دائم تعیین می‌شود .
نتایج بدست آمده در حالت دائم ، با نتایج روش مقایسه و خطای ناشی از مدل فوق کمتر از ۳% می‌باشد .
مقدمه
۱- درمورد مبدل های حرارتی و انواع آن :
برای سرد یا گرم کردن یک سیال به وسیله سیالی دیگر بدون استفاده مستقیم از دستگاه‌های مولد سرما یا گرماو همینطور بازیابی گرما و یا سرما از سیالاتی که قبلا” به طریقی به آنها داده شده است از مبدل های حرارتی استفاده می شود .
اجزاء مختلف مبدل ها :
مبدل های حرارتی موجود در صنایع و کارخانجات به خصوص صنعت پتروشیمی ، معمولا” از نوع پوسته و لوله (Shell & Tube) می باشند .از مزایای این مبدل ها می توان به سطح تماس زیاد در حجم کم ،طرح مکانیکی خوب و توزیع یکنواخت فشار و راحتی تمیز کردن آنها اشاره کرد . می توان گفت که ساختمان مبدل ها شامل تعدادی لوله است که در داخل یک استوانه قرار می گیرند ، و دو سیال مورد نظر که یکی سرد و دیگری گرم است ، بدون اینکه بطور مستقیم با یکدیگربرخورد کنند از طریق دیواره فلزی لوله ها با یکدیگر تبادل حرارت خواهند کرد . به عبارت دیگر یکی از این دو سیال در لوله ها و دیگری در اطراف لوله ها ، درون پوسته جریان خواهد داشت .
با توجه به توضیح مختصری که داده شد ،اجزاء یک مبدل حرارتی عبارتند از :
لوله ها (Tubes) :
جنس ، تعداد ، قطر ، طول و ضخامت لوله ها به طبیعت سیال ( خورنده یا بی اثر ، تمیز یا کثیف و … ) مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و بار حرارتی مبدل بستگی دارد . لوله ممکن است به صورت راست ( دو سر باز) یا به شکل U روی صفحه ای به نام Tube Sheet پرس یا جوش داده شوند . لوله ها معمولا” از جنس فولاد یا مس و گاهی نیز از گرافیت یا تفلون ساخته می شوند .
پوسته (Shell) :
جنس ، قطر ، ضخامت و حجم پوسته به طبیعت سیال ، مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و مشخصات دسته لوله (Tube Bundle) از نظر قطر و طول آن بستگی دارد . نوع کاربرد نیز تعیین کننده خواهد بود . از جمله پوسته مبدل های از نوع تبخیر کننده و همینطور جوشاننده دارای فضای تبخیر می باشند.
صفحه لوله (Tube Sheet) :
صفحه ای دایره ای شکل که سر لوله ها روی آن قرار می گیرد ، جنس و ضخامت و قطر این صفحه به جنس لوله ها ، تعداد لوله ها و نوع مبدل حرارتی بستگی دارد . لوله ها ممکن است به آن جوش داده شده یا توسط فلانج به آن متصل باشد.
لوله ها عموما” با دو آرایش مربعی یا مثلثی روی صفحه لوله ها نصب می گردند . در آرایش مربعی کمترین مقاومت در مقابل جریان و در نتیجه حداقل افت فشار به وجود می آید . یکی از معایب آرایش مربعی قرار گرفتن نعداد کمتر لوله در یک سطح معین می باشد . وقتی که آرایش لوله ها مثلثی باشد ، افت فشار جریان پوسته بیشتر از وقتی است ک آرایش مربعی باشد ، اما میزان انتقال حرارت در آرایش مثلثی بیشتر است .
کانال (Channel) :
جریان سیال به داخل لوله ها از طریق کانال صورت می کسرد . تعداد یک یا دو کانال در هر مبدل موجود است . در مبدل های حرارتی چند گذره (Multipass) از یک صفحه تقسیم کننده جریان استفاده می شود تا کانال به دو یا چند قسمت تقسیم شود .
تیغه (Baffle) :
تیغه ها به شکل دایره برش خورده یا بصورت دیسک و حلقه (Disc & Ring) ساخته می شوند . برای افزایش زمان تبادل حرارتی بین لوله ها و سیال درون پوسته از تعداد معین و مناسبی تیغه استفاده می شود . تیغه ها در داخل پوسته قرار گرفته و لوله ها از میان سوراخ های آنها که به تعداد لوله ها می باشند عبور می کنند . این صفحات دو نقش عمده دیگر نیز به عهده دارند . با ایجاد جریان های متقاطع مقاومت فیلمی تشکیل شده روی لوله ها را از بین برده و ضریب انتقال حرارت را بالا می برند . همینطور لوله ها را نگهداشته و از خم شدن آنها جلوگیری می کنند .
تیغه های طولی (Longitudinal Baffle) : گاهی اوقات برای تقسیم کردن جریان پوسته به دو یا سه گذر قرار می گیرند .