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