بررسی و تقسیم بندی انواع مبدل های حرارتی

فهرست مطالب

چکیده :
مقدمه :
1-1 دسته بندی مبدل های حرارتی
شكل 1 - 1 دسته بندي مبدل هاي حرارتي
1 - 1- 1 دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان
شكل 1- 2 يك بازياب ساكن كه در كنار كوره بلند مورد استفاده قرار مي گيرد .
شكل 1-3 مبدل حرارتي با جريان متناوب ( بازياب ) كه در ميعان هوا مورد استفاده قرار مي گيرد .
1-1- 2 دسته بندی بر مبنای پدیده انتقال
شكل 1- 4 يك نوع برج خنك كن مرطوب با جريان مكشي هوا
شكل 1- 5 يك بستر سيالي شده
شكل 1- 6 (الف) مبدل حرارتي بستر سيال
شكل 1- 6 (ب) يك راكتور شيميائي با بستر سيال
1-1- 3 دسته بندی بر مبنای فشردگی سطح
شكل 1- 7 مبدل حرارتي صفحه اي كه در مرحله توليد است .
شكل 1- 8 مشخصات هندسي سطوحي كه براي مبدل هاي حرارتي به كار مي رود .
1-1-4 دسته بندی بر مبنای طريقه ساخت ( ساختمان )
الف ) مبدل های حرارتی لوله ای
1- مبدل های دو لوله ای
شكل 1- 9 مبدل حرارتي دو لوله اي (الف) مبدل دو لوله اي (ب) نمونهاي از لوله ها با پره هاي طولي
2- مبدل های لوله مارپیچ
شكل 1- 10 مبدل لوله مارپيچي همراه با قطعات جدا شده آن
3- مبدل های لوله پوسته ای
شكل 1- 11 دو نوع مبدل پوسته و لوله اي با لوله هاي U شكل
جدول 1- 1 حدود ابعاد مبدل های لوله پوسته ای
ب ) مبدل های حرارتی صفحه ای
1- مبدل های صفحه و شاسی
شكل 1- 12 مبدل صفحه و شاسي شامل صفحات موج دار و واشر ها و شاسي
2- مبدل های صفحه مارپیچی
شكل 1- 13 نمائي از نحوه جريان در مبدل صفحه مارپيچي
3- مبدل های لاملا
شكل 1- 14 (الف) يك نمونه مبدل حرارتي لاملا (ب) مقاطع تخت به كار رفته
4- مبدل های صفحه – کویل
شكل 1- 15 (الف) نمونه اي از مجاري جريان (ب) يك نمونه مبدل صفحه – كويل
ج ) مبدل های با سطوح گسترش یافته
1- مبدلهای صفحه پره دار
شكل 1- 16 (الف) دو ورق اصلي و پره بين آنها (ب) يك مبدل حرارتي با صفحه هاي پره دار
شكل 1- 17 پيش گرم كن هواي صفحه اي كه با ارايش جريان مخالف عمل مي كند .
شكل 1- 18 بعضي از انواع پره هاي منقطع
2- مبدل های لوله ای پره دار
شكل 1- 19 بعضي از انواع پره هاي شعاعي روي لوله
شكل 1- 20 يك اوپراتور سقفي كه در سردخانه ها به كار مي رود .
شكل 1- 21 يك پيش گرم كن اب تغذيه كه از لوله هاي پره دار تشكيل شده است
شكل 1- 22 (الف) لوله معمولي با پره ساده (ب) لوله تخت با پره ساده ژ
د - بازياب ها
شكل 1- 23 بعضي از انواع اجر نسوز بكار رفته در هسته بارياب
شكل 1- 24 انواع سطوح فشرده كه در بازياب هاي دما پائين استفاده مي شود .
1- 5 دسته بندي بر مبناي آرايش جريان
1- 5- 1 مبدل هاي حرارتي تك مسيره
الف ) مبدلهاي با جريان مخالف
شكل 1- 25 مبدل حرارتي با جريان مخالف
شكل 1- 26 مبدل لوله پوسته اي با آرايش جريان مخال
شكل 1- 27 نحوه تفكيك گاز و هوا در ورودي و خروجي از يك بازياب
ب ) مبدل هاي با جريان موازي
ج ) مبدل هاي با جريان عمود بر هم
شكل 1- 28 (الف) هر دو سيال غير مخلوط (ب) يك سيال مخلوط و ديگري غير مخلوط
شكل 1- 29 مقايسه سطح تبادل حرارت مورد نياز مبدل هاي حرارتي با ارايش جريان هاي مختلف
1- 5-2 مبدل هاي حرارتي چند مسيره
الف ) مبدل حرارتي جريان مخالف- عمود بر هم
شكل 1- 30 تعدادي از مبدل هاي حرارتي با جريان هاي مخالف – عمود بر هم
شكل 1- 31 دو نوع مبدل حرارتي با جريان هاي مخالف عمود بر هم
ب ) مبدل حرارتي با جريان موازي- عمود بر هم
شكل 1- 33 مبدل با جريان موازي- عمود بر هم
شكل 1- 34 يك سوپر هيتر بخار با جريان موازي- عمود بر هم
ج ) مبدل حرارتي با جريان موازي- مخالف
شكل 1- 35 يك مبدل لوله پوسته اي با آرايش جريان موازي- مخالف
شكل 1- 36 انواع تقسيم بندي لوله ها براي مبدل ها ي لوله پوسته اي با چند مسير لوله و يك مسير پوسته
شكل 1- 37 مبدل هاي پوسته اي با چند مسير پوسته
شكل 1- 38 تعدادي مبدل هاي لوله پوسته كه به طريق مختلف به همديگر متصل شده اند .
شكل 1- 39 آرايش جريان در مبدل هاي (الف) دو نيم شده (ب) شكافته شده
1- 6 دسته بندي بر مبناي تعداد سيالات
شكل 1- 40 مبدل حرارتي سه سيالي (يك مخلوط گازي هيدروژن و متان يا منو اكسيد كربن)
1- 7 دسته بندي بر مبناي مكانيزم انتقال حرارت
1- 8 دسته بندي بر مبناي درجه حرارت كاركرد
1- 8- 1 ويژگيهاي مبدلهاي دماي پايين

 

چکیده:
مبدل حرارتي وسيله اي است كه انرژي را از سيالي به يك يا چند سيال ديگر كه داراي درجه حرارت هاي متفاوتي هستند منتقل مي كند ، لذا مبدل هاي حرارتي در تمام زمينه هاي صنعتي ،تجاري و حتي زندگي روزمره نيز كه به نحوي با تبادل انرژي سر و كار دارند مورد استفاده قرار مي گيرند . براي شناخت هر چه بهتر مبدل هاي حرارتي آن ها را در هشت گروه متفاوت دسته بندي مي كنيم .
مبدل هاي حرارتي با جريان متقاطع كه در اغلب كاربرد هاي صنعتي مانند توليد بخار در ديگ هاي بخار و يا گرمايش و سرمايش هوا و گاز هاي ديگر كاربرد دارند ، در اين دسته بندي جزء مبدل هاي حرارتي با جريان پيوسته سيال به صورت تماس غير مستقيم كه هم به صورت فشرده و هم غير فشرده ساخته شده و با ساختاري به شكل لوله اي و صفحه اي با آرايش جريان عمود بر هم بين دو سيال كه به صورت جابجائي با هم تبادل حرارت مي كنند ، جاي مي گيرند .
مبدل هاي حرارتي لوله –  پره دار صفحه اي كه جزء اين نوع از مبدل هاي حرارتي هستند كمتر مورد تحقيق و بررسي قرار گرفته اند ، هچنين در كتب درسي و دانشگاهي نيز كمتر به معرفي اين نوع مبدل هاي حرارتي مبادرت گرديده است ، لذا هدف از اين تحقيق معرفي بيشتر اين نوع از مبدل هاي حرارتي و بررسي اثر پارامتر هاي هندسي موثر در طراحي اين نوع مبدل هاي حرارتي مي باشد .
بنا براين در اين تحقيق با استفاده از نرم افزار فلوئنت كه يكي از نرم افزارهاي ديناميك سيالات  است ، به بررسي اثر اين پارامترها در طراحي اين نوع از مبدل هاي حرارتي(CFD)محاسباتي پرداخته ايم و در نهايت نيز نتايج بدست آمده از تحقيق را با نتايج محاسبات تجربي در مبدل هاي حرارتي با جريان متقاطع بروي دسته لوله ها مقايسه شده است .


مقدمه :
مبدل حرارتی وسیله ای است که انرژی حرارتی را از سیالی به یک یا چند سیال دیگر که دارای درجه حرارت های متفاوتی هستند منتقل می کند . این تعریف به طور ضمنی بیان می کند که در یک مبدل حرارتی حداقل دو سیال وجود دارند که حرارت بین آن دو جابجا می شود . هرچند که این تعریف از جامعیت كافي برخوردار است معهذا موارد خاصی از مبدلهای حرارتی وجود دارند که در این تعریف نمی گنجند . از جمله این موارد دستگاههای تبادل حرارتی هستند که در سفینه های فضایی و یا هر وسیله ای که در خلاء کار می کند مورد استفاده قرار می گیرند .
مبدل های حرارتی در تمام زمینه های صنعتی ، تجاری و زندگی روزمره که به نحوی با تبادل انرژی سرو کا ردارند مورد استفاده قرار می گیرند . هر موجود زنده به طریقی به مبدل حرارتی مجهز است .
مبدل های حرارتی در اندازه های بسیار کوچک و بسیار بزرگ ساخته شده اند . کوچکترین آنها (کمتر از 1 وات) برای مصارف الكترونیکی فوق هادی ها، هدایت موشک هائی که بوسیله منبع حرارتی کنترل می شوند و بزرگ ترین آنها (ظرفیت حرارتی بزرگ از 1000 مگاوات) در نیروگاه های بزرگ به عنوان دیگ بخار ، کندانسور یا برج خنک کن به کار می روند .
کاربرد مبدل حرارتی بسیار وسیع و در صنایع مختلفی از قبیل نیروگاه های تولید برق ، پالایشگاه ها ، صنایع ذوب فلز و شیشه سازی ، صنایع غذایی و دارو سازی ، کاغذ سازی ، صنایع پتروشیمی ، سردخانه ها و سیستم های گرمایش و سرمایش ساختمان ها ، صنایع میعان گازها ( مانند هوا ) وسائط نقلیه زمینی ، دریایی و فضایی و صنایع الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . به طور کلی هرجا که مسئله تبدیل و تبادل انرژی مطرح باشد مبدل های حرارتی به نحوی  کاربرد دارند . مبدل های حرارتی به صور مختلفی نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور ، اوپراتور ، تبخیر کننده ، برج خنک کن ، پیش گرم کن هوا ، بازیاب ، خنک کن میانی در کمپرسورهای چند مرحله ای ، فن کويل ، هواساز ،     خنک کن روغن ، خنک کن و گرم کن مشتقات نفتی ،  رادیاتور وسائط نقلیه ، گرم کن آب تغذیه و سوپر هیتر در نیروگاه های بخار، کوره و غیره و در صنایع  فوق الذکر به کار می روند .


1-1 دسته بندی مبدل های حرارتی
دسته بندی مبدل های حرارتی می تواند بر اساس پیوستگی یا تناوب جریان ، پدیده انتقال ، میزان فشردگی ، طريقه ساخت ، آرایش جریان ، تعداد سیالات ، مکانیزم انتقال حرارت و در جه حرارت کارکرد انجام پذیرد . این دسته بندی ها در شکل 1- 1 خلاصه شده است .
ادامه شكل 1 - 1 دسته بندي مبدل هاي حرارتي
1 - 1- 1 دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان
جریان سیال داخل مجاری مبدل های حرارتی یا پیوسته است  یا متناوب .  در مبدل های حرارتی با جريان پیوسته مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده اند و سیال گرم دائم درمجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوطه به خود جریان دارند . دو مجرای جریان توسط یک جداره جامد مانند جدار لوله یا یک ورق از هم جدا شده اند .
از طرفی دیگر در مبدل های حرارتی با جریان متناوب یا بازیاب ها  از یک مجموعه مجاری جریان برای هر دو سیال استفاده می شود . مجموعه مجاری جریان ، هسته مبدل  را تشکیل می دهند که دو سیال به تناوب از آن عبور میکنند . تمام یا بخشی از هسته مبدل مدتی در معرض جریان سیال گرم قرار دارد که در این مدت انرژی را از سیال گرفته در خود ذخیره می نماید . سپس مدتی در مسیر جریان سیال سرد قرار گرفته و انرژی ذخیره شده رابه آن پس می دهد . این دوره تناوب مرتباً تکرارمی شود .
 به عنوان مثال در كوره هائي كه در صنايع شيشه سازي يا شيميائي بكار مي روند از پيش گرم كن هاي ساكن هوا با جريان متناوب استفاده مي گردد . شكل شماتيك يكي از اين پيش گرم كن ها كه به كوره كوپر  معروف است و همراه با كوره بلند در صنعت فولاد سازي به كار مي رود در شكل 1- 2 نشان داده شده است . چنانچه در شكل ملاحضه مي شود اين كوره از دو قسمت تشكيل شده است .
ستون سمت راست خود بازياب است كه شامل مواد متخلخل سراميكي بوده و ستون سمت چپ اتاق احتراق مي باشد . وقتي كه كوره گرم كار مي كند هوا وسوخت از سمت چپ و پائين اتاق وارد شده و گاز هاي داغ از بالاي بازياب ( ستون سمت راست ) وارد شده و از پائين خارج مي شوند . پس از مدتي درجه حرارت مواد سراميكي داخل بازياب به حد كافي بالا مي رود آنگاه ورود سوخت و هوا به اطاق احتراق قطع مي شود و هواي محيط از سمت راست و پائين كوره وارد بازياب مي گردد . پس از عبور از بازياب درجه حرارت آن بالا رفته و از سمت چپ خارج شده و وارد كوره بلند مي شود.

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.

---

نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.