پــــایـــان نامه مبدل های حرارتی

اختصاصی از فی بوو پــــایـــان نامه مبدل های حرارتی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فصل اول

مقدمه

در طبیعت و زندگی روزمره به طور معمول نیاز به سرد یا گرم کردن مواد وجود دارد . به عنوان مثال گرم کردن غذا ، جوشاندن آب یا در تابستان برای خنک کردن هوا استفاده می شود . این گرمایش و سرمایش را در اصطلاح علمی انتقال حرارت می گویند . تعریف کلاسیک انتقال حرارت عبارت است از انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد­تر.به عبارتی حرارت از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین­تر می­رسد. انتقال حرارت به سه صورت:هدایت ،جابجایی یا تشعشعی است.انتقال حرارت هدایتی توسط یون­ها یا اتم­ها صورت می گیرد .

انتقال حرارت جابجایی فقط در سیالات صورت می گیرد و هنگامی که وسیله ای عمل جابجایی را تسهیل می­بخشد مانند فن ،پنکه و ... آن را جابجایی اجباری می­نامند . انتقال حررات تشعشعی زمانی رخ می­دهد که دمای یکی از سطوح خیلی بالا باشد به طور.معمول این مکانیزم در دمای بالای 1000 درجه سلسیوس رخ می­دهد. در یک کارخانه شیمیایی برای انجام واکنش­ها یا سرد کردن و گرم کردن مواد فرایندی نیاز به استفاده از یک ماده واسطه است که وظیفه آن انتقال حرارت و رساندن شرایط مواد فرایندی به دمای مطلوب است.به همین منظور از مبدل استفاده می­شود.

مبدل­ها یا برای انتقال حرارت قبل از ورود به فرایند یا پس از فرایند استفاده می­شود. به طور معمول برای ثبات شرایط فرایندی دمای یک فرایند را باید بر روی یک مقدار معین تثبیت نمود. در یک کارخانه گاهی لازم است که دمای یک سیال را کاهش دادو گاه افزایش. برای کاهش دمای سیال فرایندی از ماده واسطه مانند:

1-آب خنک کننده   2-آب   3-مبرد   4- هوا

استفاده می­شود .اگر سیال واسطه سرمایش هوا باشد از مبدل­های هوایی استفاده می­شود .در غیر این صورت سیال گرم یا سرد در داخل یک مبدل بصورت غیر مستقیم با هم تبادل حرارت می­کنند آب خنک­کننده معمولا در مناطق گرم دارای دمای 25 درجه به بالا است اما باید توجه داشت که با در نظر گرفتن شرایط محیطی دمای آب خنک کننده نیز تغییر می­کند به عبارتی در مناطق سردسیر دمای هوا پایین­تر بوده بنابراین دمای آب برج خنک کننده نیز پایین­تر است.

برای تامین دمای حدود 1 تا 5 درجه از آبchild استفاده می­شود که خود با یک مبرد به این دما رسیده است .برای تامین دماهای زیر صفر از خود مبرد­ها همانندR-11 پروپلین ودیگر موارداستفاده می­شود برای گرم کردن یک سیال نیز باید ماده فرایندی راتحت گرمایش مستقیم قرار داد مانندFired heat exchangers که سیال فرآیندی دریک کوره تحت گرمایش قرار می­گیرد و یا با بخارعمل گرمایش را انجام می­دهیم همچنین می­توان از انرژی برق در هیترهای الکتریکی برای گرمایش استفاده نمود . مبدل­ها یا برای انتقال حرارت قبل از ورود به فرآیند یا پس از فرایند استفاده می شود .

فهرست مطالب

عنوان....................................................................................................................... صفحه

فهرست جداول.............................................................................................................. ث

فهرست شکلها............................................................................................................... ج

فهرست

• مقدمه............................................................................................................................ 1
• اجزای مبدل حرارتی

1-2 )shell..................................................................................................................7

2-2)tube bundle.................................................................................................8

2-3 )tube....................................................................................................................8

2-4 )tubesheet..................................................................................................... 9

2-5 )baffle.......................................................................................................... 11

2-6 )tie rod & spacer.................................................................................. 15

2-7)expansion joint.................................................................................... 16

2-8 )فین ونقش آن در مبدل............................................................................. 16

2-9)تعداد گذر در مبدل.................................................................................... 18

3    انواع مبدلهای حرارتی

3-1 )از نظر شرایط تماس.................................................................................. 20

3-2)از نظر جهت جریان..................................................................................... 21

3-3 )بر اساس نوع ساختمان و عملکرد.......................................................... 24

3-4 )انواع خاص................................................................................................... 38

3-5)از نظر استاندارد.......................................................................................... 40

4   برخی از مبدلها از نظر استاندارد TEMA

4-1 )BET............................................................................................................. 44

4-2)AES............................................................................................................. 46

4-3 )BEP............................................................................................................. 47

4-4 )BEM........................................................................................................... 48

4-5)BEU.......................................................................................................... 49

4-6 )AEW............................................................................................................50

4-7 )دو نمونه از طراحی های سفارشی............................................................ 51

5    کاربردهای عملیاتی مبدل ها

5-1 )کندانسور...................................................................................................... 54

5-2)ریبویلر.......................................................................................................... 55

5-3)کولر.............................................................................................................. 58

5-4)هیتر................................................................................................................ 59

5-5 )چیلر ............................................................................................................ 60

6     عیوب ومشکلات مبدل ها

6-1)رسوب گذاری ............................................................................................ 61

6-2)ارتعاش........................................................................................................... 66

6-3)جریانهای نشتی .......................................................................................... 67

6-4) نحوه انتخاب نوع مبدل ........................................................................... 68

7     مبدلهای حرارتی فشرده

7-1) برخی از تعاریف و مفاهیم........................................................................ 71

7-2) طراحی پیشرفته با کد CFD .............................................................. 78

7-3)تحلیل عددی انتقال حرارت جا به جایی .............................................. 82

8     میکرو مبدلهای حرارتی

8-1 ) برخی از تعاریف و مفاهیم..........................................................................93

8-2 )میکرو مبدلهای دارای جت اصابتی MEMS........................................97

9     HEAT TRANSFER ENHANCEMENT

9-1 )معرفی تکنولوژی HTE......................................................................... 101

9-2 )اصول ومبانی تکنولوژی HTE............................................................ 102

9-3 ) موارد بکارگیری تکنولوژی HTE .................................................. 103

10   نرم افزارهای مورد استفاده در مبدلهای حرارتی

10-1 )شبیه سازی و طراحی HTFS ...................................................... 107

10-2)ASPEN B-JACK .................................................................... 112

3-10)FLUENT.......................................................................................... 118

11   نرم افزار COSMOS تحلیل راندمان مبدل حرارتی دو لوله ای جریان مخالف..............................................................................................................120

جمع بندی ......................................................................................................... 144

منابع و ماخذ ........................................................................................................... 146

فهرست جداول

عنوان ................................................................................................... صفحه

جدول (6-1 ) مزایا ومحدودیت های مبدلها ............................................................ 65

جدول (7-1 ) نتایج استفاده از کد CFD ............................................................... 76

جدول (7-2 ) تغییر مقدار S/L همراه با تغییر تعداد فین ها ............................. 81

جدول (8-1 ) مشخصات کلی cross flow devices micro heat exchanger ..................................................................................................................... 89

جدول (8-2 ) مشخصات کلی co/counter- current micro heat exchanger .................................................................................................................... 90

فهرست شکلها

عنوان.......................................................................................................صفحه

شکل (1-1) مکانیزم های انتقال حرارت......................................................................... 1

شکل (1-2) نمائی از یک مبدل حرارتی ....................................................................... 2

شکل (1-3) روش های گرمایش...................................................................................... 3

شکل (1-4) سیالات گرمایشی......................................................................................... 3

شکل (1-5)سیالات سرمایش............................................................................................ 4

شکل (1-6)مبدل حرارتی.................................................................................................. 4

شکل (1-7)انتقال حرارت در مبدل ................................................................................ 5

شکل (2-1)پوسته .............................................................................................................. 7

شکل (2-2) TUBE BUNDEL............................................................................... 7

شکل (2-3 )TUBE ...................................................................................................... 8

شکل (2-4) آرایش تیوبها ............................................................................................. 10                                                  

شکل (2-5) ) بفل عرضی ........................................................................................ 11

شکل (2-6) بفل طولی ............................................................................................ 12

شکل (2-7) SUPPORT TYPE ......................................................................... 12

شکل (2-8) IMPINGEMENT BAFFLE................................................... 13

شکل (2-9) Baffle spacing................................................................................... 13

شکل (2-10) TIE ROD&SPACER ............................................................. 14

شکل (2-11) TIE ROD&SPACER................................................................ 14

شکل (2-12) EXPANSION JOINT ............................................................ 15

شکل (2-13) فین............................................................................................................ 16

شکل (3-1) مبدلها از نظر شرایط تماس.................................................................... 20

شکل (3-2) مقایسه h مبدلهای تماس مستقیم و غیر مستقیم............................ 21

شکل (3-3) شکلهای مختلف جریان ......................................................................... 21

شکل (3-4 مبدل جریان هم جهت .............................................................................. 22

شکل (3-5) مبدل جریان مخالف ................................................................................ 23

شکل (3-6) مبدل جریان عمود ................................................................................... 23

شکل (3-7) مبدل حرارتی تک لوله ای ..................................................................... 24

شکل (3-8) مبدل حرارتی دو لوله ای ....................................................................... 25

شکل (3-9) مبدل حرارتی دو لوله ای ....................................................................... 26

شکل (3-10) مبدل های حرارتی لوله مارپیچ ......................................................... 26

شکل (3-11) مبدل پوسته ولوله ................................................................................ 27

شکل (3-12) مبدل پوسته ولوله ................................................................................ 27

شکل (3-13) مبدل پوسته ولوله ................................................................................ 28

شکل (3-14) مبدل پوسته ولوله ................................................................................ 28

شکل (3-15) مبدل با لوله های U شکل ................................................................. 31

شکل (3-16) مبدل های حرارتی صفحه ای ........................................................... 34

شکل (3-17) یک plate heat exchanger سیستم احیاء گلیکول .............. 35

شکل (3-18) Bayonet ............................................................................................ 36

شکل (3-19) Double tube sheet .................................................................... 37

شکل (3-20) Double Bundle ........................................................................... 37

شکل (3-21) TEMA type designation ..................................................... 40

شکل (4-1) مبدل BET ........................................................................................... 44

شکل (4-2) مبدل AES ........................................................................................... 46

شکل (4-3) مبدل BEP ........................................................................................... 47

شکل (4-4) مبدل BEM .......................................................................................... 48

شکل (4-5) مبدل BEU ........................................................................................... 49

شکل (4-6) مبدل AEW ......................................................................................... 49

شکل (4-7) مبدل با طراحی سفارشی .................................................................... 50

شکل (4-8) مبدل با طراحی سفارشی ................................................................... 49

شکل (5-1) کندانسور ................................................................................................... 50

شکل (5-2) ریبویلر........................................................................................................ 52

شکل (5-3) ریبویلر........................................................................................................ 53

شکل (5-4) ریبویلر........................................................................................................ 53

شکل (5-5) کولر............................................................................................................. 54

شکل (5-6) هیتر............................................................................................................ 55

شکل (5-7) چیلر............................................................................................................ 56

شکل (6-1) نمودار مکانیزم رسوبات ......................................................................... 57

شکل (6-2) نمودار رشد رسوبات ............................................................................... 59

شکل (6-3) نمائی از رسوب گرفتگی ........................................................................ 60

شکل (6-4) نمائی از رسوب گرفتگی در لوله ها ..................................................... 61

شکل (6-5) ارتعاش در مبدل ..................................................................................... 62

شکل (6-6) نشتی در مبدلها ...................................................................................... 63

شکل (7-1) مبدل حرارتی فشرده ............................................................................. 67

شکل (7-2) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 69

شکل (7-3) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 69

شکل (7-4) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 69

شکل (7-5) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 70

شکل (7-6) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 70

شکل (7-7) نمودارهای مبدلهای حرارتی فشرده .................................................. 70

شکل (7-8) یک مبدل صفحه ای و قالب ................................................................ 72

شکل (7-9) 6 مبدل حرارتی پوسته ولوله .............................................................. 73

شکل (7-10) یک کانال ساده .................................................................................... 74

شکل (7-11) هندسه مورد استفاده در مطالعه کد CFD ................................... 75

شکل (7-12) چند نمونه از این فین گذاریها و مشخصات ابعادی آنها ............... 81

شکل (7-13) تاثیر تغییر ارتفاع فین ها بر روی جریان سیال عبوری .............. 83

شکل (7-14) نمودارهای توزیع ضریب انتقال حرارت جابجائی در ناحیه ورودی کانال ................................................................................................................................... 83

شکل (7-15) نمودارهای توزیع ضریب انتقال حرارت جابجائی در ناحیه ورودی کانال ................................................................................................................................... 83

شکل (7-16) نمودارهای توزیع ضریب انتقال حرارت جابجائی در ناحیه ورودی کانال ................................................................................................................................... 84

شکل (7-71) نمودارهای توزیع ضریب انتقال حرارت جابجائی در ناحیه ورودی کانال ................................................................................................................................... 84

شکل (7-18) نمودارهای توزیع ضریب انتقال حرارت جابجائی در ناحیه ورودی کانال ................................................................................................................................... 84

شکل (7-19) مقدار بهینه H/L با در نظر گرفتن افت فشار دلخواه در مقابل انتقال حرارت دلخواه ...................................................................................................... 86

شکل (7-20) مقدار بهینه H/L با در نظر گرفتن افت فشار دلخواه در مقابل انتقال حرارت دلخواه ...................................................................................................... 86

شکل (7-21) منحنی افت فشار بر حسب فاصله نسبی فین ها ........................ 86

شکل (7-22) منحنی میزان انتقال حرارت بر حسب فاصله نسبی فین ها ...... 86

شکل (8-1) میکرو مبدل حرارتی .............................................................................. 87

شکل (8-2) میکرو مبدل حرارتی .............................................................................. 88

شکل (8-3) یک قطعه حسگر دمایی ........................................................................ 91

شکل (8-4) یک قطعه نازل مجزای MEMS ........................................................ 92

شکل (8-5) مجموعه تنظیم شده ای از نازل ها ..................................................... 92

شکل (8-6) نمودار دمای دوره خط سیر جت های اصابتی ................................. 93

شکل (8-7) میکرو مبدل ............................................................................................. 94

شکل (8-8) میکرو مبدل ............................................................................................. 94

شکل (8-9) میکرو مبدل ............................................................................................. 94