افزایش انتقال حرارت می تواند تاثیربخشی جریانهای داخلی و خارجی را در مبدل های حرارتی بهبود بخشد. به طور معمول با افزایش جریان گردابی، آشفتگی و مغشوش کردن جریان و کاهش یافتن و نازک کردن لایه مرزی می تواند به این امر کمک کند. در حالت آشفتگی جریان (Turbulent) به خاطر اختلاط شدید ی که در ساختار آن است باعث می شود انتقال حرارت بین سطح و جریان سیال راحت تر انجام شود. در حالت جریان آرام (Laminar) ضریب انتقال حرارت (h) کمتر می باشد و برای غلبه بر آن نیاز به استفاده از روش های بهبود انتقال حرارت از طریق ایجاد جریان گذرا (Transition) و مغشوش(Turbulent)  که باعث بوجود آمدن حالت گردابی (Vorticity) در آن و در نهایت به کاهش لایه مرزی کمک کند.

 

افزایش کارایی مبدل های حرارتی معمولا با انتقال بیشتر گرما (duty)  و با کارکرد مبدل در کم کردن اختلاف دمای دو سیال ارتباط مستقیم دارد و این در صورتی است تغییری درسطح واندازه مبدل بوجود نمی آید. افزایش کارایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت به معنای افزایش ضریب انتقال حرارت کلی U می باشد. این ضریب انتقال حرارت کلی (U) با سطح انتقال حرارت (A) ، duty (Q) و عامل نیروی محرکه T∆ ارتباط دارد و می توان معادله انتقال حرارت را به این شکل نوشت:

 

Q= U.A.∆T          (1-1)

 

 U نیز تابعی از ضریب انتقال حرارت h، ضریب هدایت فلز k، و اثرات fouling (f) می باشد  بنابراین برای محاسبه دقیق U نیاز به ضرائب فیلم، ضریب هدایت و میزان fouling می باشد یعنی اینکه:

 

U= f(h,k,f,A)                  (2-1)

 

اصولاً مبدل‌های حرارتی، به‌خصوص از نوع پوسته- لوله‌ای (Shell-and-Tube)، دارای دو مشكل اساسی می باشند: الف) عملكرد پایین حرارتی (Thermal Deficiency) و ب) جرم‌گرفتگی داخل لوله‌ها (Fouling)، به‌خصوص در هنگام كاركرد با سیالات كثیف که حساس به دما می‌باشند. مشکل دیگری که ممکن است در این نوع مبدل ها وجود داشته باشد مسئله ارتعاشات در لوله ها می باشد وقتی که سرعت جریان در سمت پوسته بالا می رود باعث می شود رسوب ذرات روی سطح لوله کاهش یابد که این امر شرایط بهتری برای انتقال حرارت فراهم می کند ولی در عوض باعث بوجود آمدن ارتعاشات در لوله ها می شود که این ارتعاشات مشکلاتی مانند سائیدگی مکانیکی، شکست ناشی از خستگی، سروصدا از آن جمله می باشند. البته باید توجه داشت که این ارتعاشات باعث آمیختگی بیشتر سیال و در نتیجه بالا رفتن انتقال حرارت می شود که از این نظر مطلوب است ولی معایب آن بیشتر است.

 

2-1 : بهبود انتقال حرارت

 

بحث بهبود انتقال حرارت در حالت کلی به افزایش ضریب هدایت گرمایی خلاصه می شود. بررسی های گسترده ای در زمینه بسط و توسعه در افزایش انتقال حرارت انجام شده است. یک قرن از مطالعات اولیه بر روی افزایش ضریب انتقال حرارت می گذرد. در یک بررسی که توسط bergles و همکاران انجام گرفته بیش از 5676 مقاله و کتاب و اختراع در این زمینه تا سال 1995 ثبت شده است .فناوری بهبود انتقال حرارت در مبدل های حرارتی کاربرد وسیعی دارد .  سیزده روش افزایش انتفال حرارت توسط برگلس (Bergles, A.E.) معرفی شده است که تعداد این روشها همچنان رو به افزایش می باشد.

 

 تکنیک های بهسازی گرمایی (Enhancement technique) به دو گروه کلی فعال (Active) و غیرفعال (Passive) دسته بندی می شوند. در روش فعال به انرژی خارجی نیاز است. در چنین مواردی از میدان الکتریکی، صوتی و یا ارتعاش سطوح استفاده می شود. در روشهای غیر فعال به استفاده مستقیم از انرژی خارجی نیاز نیست و از سطوح با آرایش خاص، مانند استفاده از پوشش زبر بر روی سطوح گسترش یافته

 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 ، سطوح چرخش دهنده با سیال و غیره بکار گرفته می شوند. در روش های فعال به تاسیسات جانبی مثل پمپ و یا دستگاههای ایجاد ارتعاش نیاز دارد حال آنکه در روش های غیر فعال نیاز به چنین تجهیزاتی نداشته ولی در عوض افزایش ضریب انتقال حرارت مبدل عمدتا به بهای افزایش توان پمپاژ سیال تمام می شود البته زمانی روش های بهبود انتقال حرارت موثر است که این افزایش توان کمتر از میزان افزایش انتفال حرارت کلی مبدل باشد. بهبود انتقال حرارت در مبدل های حرارتی معمولا با افزایش افت فشار و در نتیجه قدرت پمپاژ بیشتر (higher pumping power) می باشد بنابراین هرگونه افزایش انتقال حرارت باید در مقابل هزینه های صرف شده جهت غلبه بر افت فشار مورد توجه قرار گیرد.

 

به هر حال ممکن است دو و یا بیشتر از این روش ها (فعال و غیر فعال) به طور همزمان در یک دستگاه مورد استفاده قرار بگیرند که این ترکیب دو و یا بیشتر از روشهای بالا می تواند تاثیر بیشتری در انتقال حرارت داشته باشد که در این حالت به آن بهسازی ترکیبی           (Compound enhancement) می گویند.

 

جدول زیر روشهای فعال و غیر فعال را نشان می دهد.

 

 

 

 

 

 

Active Technique Passive Technique

·                     Mechanical aids

 

 

·                     Surface vibration

 

·                     Fluid vibration

 

·                     Electrostatic fields

 

·                     Suction or Injection

 

·                     Additives for fluids

·                     Treated surface

 

 

·                     Rough Surface

 

·                     Extended Surface

 

·                     Displacement enhancement   devices

 

·                     Swirl flow devices

 

·                     Coiled tubes

 

·                     Surface-tension devices

جدول(1-1): روشهای فعال و غیر فعال

 

3-1: روش های فعال بهبود انتقال حرارت

 

روش های مکانیکی : در این روش از وسایل مکانیکی برای مخلوط کردن سیال یا چرخش محوری سطوح کشیدن سطوح در مواردی که با مایعات بسیار لزج سرو کار داریم استفاده می شود.

 

    • لرزاندن سطوح : این روش با فرکانس های کم یا زیاد برای بهبود انتقال حرارت در جریان های یک فازی سیال به کار می رود.

 

    • لرزاندن سیال : در این روش به خاطر جرم زیاد مبدل ها در بعضی موارد سیال را در محدوده فرکانسی 1 Hz  تا مافوق صوت می لرزانند. برای این کار جریان های یک فازی در اولویت هستند.

 

    • میدان های الکترواستاتیک : در موارد مختلفی به مواد عایق اعمال می شود.عموما میدان های الکترواستاتیک در اختلاط بیشتر جریان سیال در نزدیکی سطوح سطوح انتقال حرارت نقش موثری دارند.

 

  • مکش : که شامل حذف بخار در جوشش هسته ای و فیلمی یا حصول مایع در یک سطح گرمادیده متخلخل در جریان یک فازی می باشد .
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...