Uploaded by Mojtaba karimtabar

heat transfer

advertisement
‫بسم اهلل الرحمن الرحیم‬
‫دانشکده مهندسی مکانیک‬
‫بررسی عددی مبدل پوسته لوله با استفاده‬
‫از بافل های مارپیچ و نانوسیال‬
‫دانشجو‪:‬‬
‫مجتبی کریمتبار (‪)401126120‬‬
‫استاد ‪:‬‬
‫دکتر علیرضا مشایخ‬
‫آذر ‪1402‬‬
‫فهرست مطالب‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و مرور ادبیات‬
‫‪1/26‬‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمع بندی و نتیجهگیری‬
‫منابع‬
‫فصل اول‪:‬‬
‫مقدمه و مرور ادبیات‬
‫‪2/26‬‬
‫مبدلهای حرارتی‬
‫تعلق ‪ 35‬الی ‪ 40‬درصدی تمامی مبدل ها به نوع پوسته و لوله‬
‫مورداستفاده قرارگرفتن در سیستمهای تهویهمطبوع‪ ،‬سیستمهای خنککننده‪،‬‬
‫انرژیهای تجدیدپذیر‪ ،‬تولید برق‪ ،‬صنعت نفت گاز‪ ،‬صنایع خودروسازی و‬
‫صنایع متفاوت دیگری‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫استفاده از بافلها برای بهبود عملکرد انتقال حرارتی مبدلها‬
‫نانوسیالها و عملکرد آنها در سیستمهای حرارتی‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫‪3/26‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫مبدلهای حرارتی پوسته و لوله‬
‫مشخصات هندسی‪:‬‬
‫•‬
‫قطر پوسته‪90mm :‬‬
‫•‬
‫قطر ورودی و خروجی پوسته‪30mm :‬‬
‫•‬
‫قطر لولهها‪20mm :‬‬
‫•‬
‫طول مبدل‪600mm :‬‬
‫•‬
‫تعداد لولهها‪7 :‬‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪OutletOutlet‬‬
‫‪Inlet‬‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫‪4/26‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫مبدلهای حرارتی پوسته و لوله‬
‫نمونه واقعی از مبدلهای حرارتی با سایزهای مورد استفاده‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫‪5/26‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫نانوسیال‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫انتخاب آب بهعنوان پایه بسیار از نانوسیالها‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫اضافهشدن کسر حجمی کوچکی از فلزات مختلف‬
‫چند نمونه از نانوذرات پر کاربرد‪:‬‬
‫‪Au‬‬
‫‪Al2o3‬‬
‫‪Fe2o3‬‬
‫‪03‬‬
‫‪CuO‬‬
‫‪Sio2‬‬
‫‪Fe‬‬
‫‪Fe3o4‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫تأثیر سایزهای متفاوت نانوذرات بر روی عملکرد حرارتی و خصوصیات سیال‬
‫تأثیر کسر حجمیهای متفاوت نانوذرات در عملکرد مبدل حرارتی‬
‫‪6/26‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫بافل‬
‫‪SLIDE TITLE HERE‬‬
‫بافلها برای دستیابی به عملکرد حرارتی بهتر‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫انواع بافلهای مورد استفاده در مبدلهای حرارتی پوسته ‪ -‬لوله‪:‬‬
‫‪Rod baffles‬‬
‫‪Overlap helical baffles‬‬
‫‪Helixchangers‬‬
‫‪Segmental‬‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪Orifice baffle‬‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫‪7/26‬‬
‫مروری بر پیشنه پژوهش‬
01
01
02
03
02
2013
2015
2017
Wang, Q. etc.
Bahiraei, M. etc.
Heydari, A. etc.
Review of Improvements on
Shell-and-Tube Heat
Exchangers With Helical
Baffles
A novel application for
energy efficiency
improvement using
nanofluid in shell and tube
heat exchanger equipped with
helical baffles
Numerical Analysis of a
Small Size Baffled ShellandTube Heat Exchanger Using
Different Nanofluids
Energy
Heat Transfer Engineering
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫روش تحقیق‬
03
‫بررسی نتایج‬
04
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
Heat Transfer Engineering
8/26
‫تعریف مسئله‬
‫‪SLIDE TITLE HERE‬‬
‫انتخاب رویکرد شبیهسازی درست برای مبدل حرارتی پوسته و لوله موردنظر‬
‫شناسایی تأثیر بافل بر عملکرد انتقال حرارت‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫مقایسه نانوسیالهای مختلف در عملکرد حرارتی مبدل‬
‫موردنظر‬
‫‪9/26‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫فرضیات پژوهش‬
‫‪01‬‬
‫‪02‬‬
‫‪03‬‬
‫تمامی جریان ها‬
‫حالت پایا‬
‫دمای لولههای حاوی‬
‫سیال گرم ثابت‬
‫ثابتبودن دبی و دمای‬
‫سیال سرد در ورودی‬
‫پوسته‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪04‬‬
‫‪05‬‬
‫دامنه حل فقط‬
‫قسمت پوسته مبدل‬
‫حل بهصورت تکفاز‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪10/26‬‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫فصل دوم‪:‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪11/26‬‬
‫معادالت حاکم بر مسئله‬
‫‪01‬‬
‫‪ .1‬خصوصیات نانوسیال برای حل تکفاز ‪:‬‬
‫𝑓‪ρ𝑛𝑓 = α𝜌𝑝 + 1 − α ρ‬‬
‫چگالی ‪:‬‬
‫ظرفیت گرمایی ویژه‪:‬‬
‫𝑠‬
‫𝑝𝐶𝜌 𝛼 ‪+‬‬
‫گرانروی‪:‬‬
‫‪12/26‬‬
‫𝑓‬
‫‪2.5‬‬
‫𝑝𝐶𝜌 𝛼 ‪= 1 −‬‬
‫𝑓‪µ‬‬
‫‪1−α‬‬
‫𝑓𝑛‬
‫‪02‬‬
‫𝑝𝐶𝜌‬
‫= 𝑓𝑛‪µ‬‬
‫𝑠‬
‫𝛽𝜌 𝛼 ‪+‬‬
‫𝑓‬
‫𝛽𝜌 𝛼 ‪= 1 −‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫) 𝑠𝐾 ‪𝐾𝑛𝑓 𝐾𝑠 + 2𝐾𝑓 − 2𝛼(𝐾𝑓 −‬‬
‫=‬
‫𝑓𝐾‬
‫) 𝑠𝐾 ‪𝐾𝑠 + 2𝐾𝑓 + 𝛼(𝐾𝑓 −‬‬
‫ضریب هدایت حرارتی‪:‬‬
‫ضریب انبساط حرارتی‪:‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫𝑓𝑛‬
‫𝛽𝜌‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫معادالت حاکم بر مسئله‬
‫‪01‬‬
‫‪ .2‬محاسبات در طراحی مبدلها ‪:‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫𝐻𝑄 = 𝐶𝑄‬
‫𝐻‬
‫𝑇∆ 𝑝𝐶𝑚 =‬
‫𝐶‬
‫‪02‬‬
‫𝑇∆ 𝑝𝐶𝑚‬
‫𝑙=𝑥𝑇∆ ‪∆𝑇𝑥=0 −‬‬
‫=‬
‫𝑇∆‬
‫) ‪ln( ∆𝑇𝑥=0‬‬
‫𝑙=𝑥‬
‫𝑚𝑙𝑇∆‬
‫𝑚𝑙𝑇∆𝐴𝑈 = 𝑄‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪−‬‬
‫𝑐𝑈 𝑑𝑈‬
‫‪13/26‬‬
‫= 𝑓𝑅‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫انواع بافل‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫‪Overlap helical baffles‬‬
‫‪14/26‬‬
‫‪Orifice baffles‬‬
‫‪Segmental‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫انواع بافل‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪Rod baffles‬‬
‫منحنی مشخصه فن‬
‫‪15/26‬‬
‫‪Continuous‬‬
‫‪helical‬‬
‫‪baffle‬بین کانالی‬
‫فن‬
‫‪Discontinuous‬‬
‫‪helical‬‬
‫دمپرکانال‬
‫‪baffle‬‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫انتخاب بافل‬
‫انتخاب بافل مناسب‪:‬‬
‫‪segmental baffles‬‬
‫‪Helical baffles‬‬
‫افت فشار باال ناشی از برخورد با بافلها‬
‫بهبودیافتن نسبت نرخ انتقال حرارت به افت فشار حاصله‬
‫افت عملکرد حرارتی با ایجاد نقاط سکون‬
‫کاهش اثر جریان ناخواسته‬
‫نشتی در روی بافل و کاهش سرعت سیال‬
‫کاهش رسوب سمت پوسته‬
‫عمر عملکردی پایین به دلیل ارتعاش ایجاد شده‬
‫کاهش تعمیر و نگهداری‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫کاهش ارتعاشات القا شده از حرکت سیال‬
‫‪16/26‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫انتخاب بافل‬
‫افزایش ‪ 10‬درصدی ضریب انتقال حرارت با استفاده از بافلهای مارپیچ پیوسته در مقایسه با بافلهای قطعهای با سرعت جریان یکسان‬
‫مطلوببودن شرایط در مبدلهای حرارتی در حالت جریان ‪:plug flow‬‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫پروفیل سرعت یکنواختتر‬
‫روش تحقیق‬
‫به حداقل رسیدن اختالطهای جانبی‬
‫‪03‬‬
‫توزیع یکنواخت دما در اثر عدم وجود اختالطهای جانبی‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫‪17/26‬‬
‫بافل پیشنهادی مقاله‬
‫بافل انتخابی بر اساس مقاله رفرنس‬
‫نانوسیالهای موردنظر‬
‫خصوصیات نانوسیالهای مختلف بر پایه آب مورداستفاده با کسر حجمی ‪%1‬‬
‫چگالی‬
‫ضریب هدایت حرارتی‬
‫ظرفیت گرمایی ویژه‬
‫گرانروی‬
‫نانوذرات‬
‫) ‪( kg/m^3‬‬
‫) ‪( W/m K‬‬
‫) ‪( J/kg K‬‬
‫‪𝐴𝑙2 𝑂3‬‬
‫‪1026.829‬‬
‫‪0.630739141‬‬
‫‪4047.005481‬‬
‫‪0.00102852‬‬
‫𝑂𝑢𝐶‬
‫‪1052.129‬‬
‫‪0.629951537‬‬
‫‪3953.912582‬‬
‫‪0.00102852‬‬
‫‪𝐹𝑒3 𝑂4‬‬
‫‪1039.129‬‬
‫‪0.626812763‬‬
‫‪4003.402937‬‬
‫‪0.00102852‬‬
‫‪𝑆𝑖𝑂2‬‬
‫‪1009.329‬‬
‫‪0.618527965‬‬
‫‪4103.469821‬‬
‫‪0.00102852‬‬
‫‪01‬‬
‫‪18/26‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫) ‪( kg/m s‬‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫شرایط مرزی‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫دبی ورودی سیال سرد به پوسته‪0.5 kg/s :‬‬
‫‪02‬‬
‫دمای ورودی سیال سرد به پوسته‪300 K :‬‬
‫روش تحقیق‬
‫دمای لولهها‪450 K :‬‬
‫‪03‬‬
‫دیواره پوسته بهصورت آدیاباتیک‬
‫بررسی نتایج‬
‫مدل توربوالنسی‪k-∈ standard :‬‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫تعداد سلول های محاسباتی ‪1,629,340:‬‬
‫مش مورداستفاده‬
‫‪19/26‬‬
‫فصل سوم‪:‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪20/26‬‬
‫نتایج‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫کانتور دما در تمامی نقاط مبدل حرارتی‬
‫‪21/26‬‬
‫نتایج‬
‫کانتور دما در صفحه ‪yz=0‬‬
‫‪22/26‬‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫نتایج‬
‫خطوط جریان در مبدل حرارتی‬
‫‪23/26‬‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫نتایج‬
‫کانتور دما بر روی بافل‬
‫‪24/26‬‬
‫‪01‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫عملکرد مبدل‬
‫عملکرد حرارتی مبدل با استفاده از بافل و نانوسیال ‪Al2O3‬‬
‫انتقال حرارت کل از لولهها‪62,060 W :‬‬
‫ضریب انتقال حرارت میانگین بر روی لولهها‪1475 W/(m^2 K) :‬‬
‫افت فشار‪573 Pa :‬‬
‫دمای بالک در خروجی پوسته‪331 K :‬‬
‫انتقال حرارت کل بر اساس کسر حجمیهای متفاوت با استفاده از نانوذرات‬
‫متفاوت در رفرنس شماره ‪2‬‬
‫‪01‬‬
‫‪25/26‬‬
‫مقدمه و‬
‫مرور ادبیات‬
‫‪02‬‬
‫روش تحقیق‬
‫‪03‬‬
‫بررسی نتایج‬
‫‪04‬‬
‫جمعبندی‬
‫و پیشنهادات‬
‫منابع‬
[01]
Wang, Qiuwang, et al. "Review of improvements on shell-and-tube heat ex
changers with helical baffles." Heat Transfer Engineering 31.10 (2010): 836-8
53.
[02]
Bahiraei, Mehdi, Morteza Hangi, and Mahdi Saeedan. "A novel application f
or energy efficiency improvement using nanofluid in shell and tube heat e
xchanger equipped with helical baffles." Energy 93 (2015): 2229-2240.
[03]
Heydari, Ali, Mostafa Shateri, and Sina Sanjari. "Numerical analysis of a sm
all size baffled shell-and-tube heat exchanger using different nano-fluids.
" Heat Transfer Engineering 39.2 (2018): 141-153.
26/26
‫سپاس از توجه و همراهی ماش‬
Download