شبیه سازی عددی سه بعدی ، مبدل حرارتی پوسته و لوله جهت بهینه سازی عملکرد

جواد خانی مرغزار¹ دکترحسام الدین سالاریان² دکتر قدیر اسماعیلی³

1) دانشجویی کارشناسی ارشد مکانیک گرایش تبدیل انرژی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ایت الله املی
2) استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور
3) استادیار دانشگاه آزاد آیت اله آملی

محل انتشار : کنفرانس بین المللی مهندسی و علوم کاربردی(iceasconf.com)
چکیده :
در حال حاضر مبدل های حرارتی پوسته و لوله یکی از رایج ترین نوع مبدل حرارتی است که به طور گسترده ای در صنعت نفت و دیگر فرایند شیمیایی بزرگ استفاده می شود، به دلیل اینکه برای فرآیندهای فشار بالا مناسب می باشند. در این پایان نامه یک مبدل حرارتی پوسته و لوله که دارای دو گشت در لوله و یک گشت در پوسته می باشد شبیه سازی عددی شده است. با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتیCFD پروفایل دما و سرعت در لوله و پوسته بررسی شده است. این مبدل حرارتی در ایستگاه آب و بخار پایانه نفتی شمال جهت پیش گرم نمودن آب ورودی به دیگ بخار استفاده می شود. در این دستگاه یک سیال با دمای بالاتر (بخار برگشتی) و یک سیال با دمای پایین تر (آب ورودی به بویلر) که دمای هر دو مشخص است به صورت غیر مستقیم از کنار هم عبور می کنند و بین دو سیال انتقال گرما انجام می شود. فرآیند شبیه سازی CFDابن مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل مدل سازی و مش زدن هندسه و حل با استفاده ازنرم افزار ANSYS می باشد نتایج حاصل از شبیه سازی CFDرا با نتایج تجربی مقایسه کرده که مقدار خطای بدست آمده در حدود 6.29 درصد می باشد، که این خطا قابل قبول است. از مدل k – ɛ Realizable به همراه توابع استاندارد دیواره برای تجزیه و تحلیل این مبدل حرارتی استفاده شده است. توزیع دما در داخل دو لوله (یکی در بالا و یکی در مرکز دسته لوله) بررسی گردید و مشاهده شد که در موقعیت مکانی مشابه در هر دو لوله اختلاف دما وجود دارد. بر اساس یافته های بدست آمده، مبدل مورد نظر برای بهبود انتقال حرارت نیازمند تغییراتی در طراحی می باشد.
کلمات کلیدی : مبدل حرارتی – پوسته و لوله – شبیه سازی – عملکرد – فلوئنت