طراحي و ساخت مبدل حرارتي گاز مايع با تماس مستقيم

كارشناسي ارشد

مبدل‌هاي حرارتي تماس مستقيم، به علت استفاده بهينه از انرژي و راندمان بالا، كاربردهاي زيادي در صنايع فرايندي مي‌توانند داشته باشند و مزيت‌هاي فراواني نسبت به مبدل‌هاي حرارتي تماس غير مستقيم دارند. در تحقيق حاضر، تماس مستقيم آب داغ با هواي سرد، براي جريان همسوي رو به پايين، درون لوله عمودي بررسي شد. آب داغ با استفاده از پمپ به مخزني در ارتفاع بالاتر منتقل شده، سپس وارد لوله افقي متصل به مخزن مي‌شود. در انتهاي لوله افقي، لوله‌اي عمودي متصل شده كه آب داغ هنگام ورود به لوله مقداري هوا نيز با خود به درون لوله مي‌كشد و ايجاد جريان دوفازي مي‌كند. آزمايش‌ها در شرايط جريان آشفته، براي لوله‌هايي به طول 1، 1.5 و 2 متر و قطر 0.021 متر انجام شد. در آزمايش‌ها، دماي آب داغ از 35 تا 50 درجه سلسيوس و دماي هوا از 25 تا 35 درجه سلسيوس، تغيير كردند. سرعت هوا در آزمايش‌هاي مختلف، بين 3، 5، 7، 9 و 11 متر بر ثانيه، در نرخ‌هاي جريان مايع 5، 8 و 10 ليتر بر دقيقه تغيير داده شدند. الگوي جريان دوفازي حلقوي درون لوله، تشكيل شد. سطح تماس بين آب و هوا، با استفاده از تابش نور ليزر در مسير جريان و عكس‌برداري و پردازش تصوير بدست آمد. انتقال حرارت از آب داغ به هواي سرد، با افزايش نرخ جريان هوا افزايش پيدا كرد. انتقال حرارت كل منتقل شده از آب داغ به هواي سرد، برابر مجموع انتقال حرارت منتقل شده از طريق تبخير و انتقال حرارت منتقل شده از طريق جابجايي است. مقدار جرم منتقل شده از آب به هوا، با افزايش دما، به علت افزايش ميزان تبخير افزايش پيدا كرد. بيش از 80 درصد حرارت، از طريق تبخير و كمتر از 20 درصد، از طريق جابجايي منتقل شد. در هر سه لوله، با افزايش نرخ جريان مايع، عدد ناسلت و عدد شروود كاهش پيدا كردند. دماي آب نسبت به دماي هوا، به ميزان اندكي كاهش پيدا كرد، درحالي‌كه افت دماي آب، با افزايش سرعت هوا اندكي زياد شد. اختلاف دماي هوا نيز با افزايش سرعت هوا افزايش يافت. در تمامي دماها، عدد ناسلت و عدد شروود، با افزايش طول لوله كاهش يافتند. مقادير عدد ناسلت و عدد شروود آزمايشگاهي، با مقادير تجربي بدست آمده براي لوله‌هاي صاف مقايسه شدند. در نهايت، روابط اصلاحي براي عدد ناسلت و عدد شروود، با برازش داده‌هاي آزمايشگاهي بر روي روابط مربوط به لوله‌هاي صاف، بدست آمد. رابطه پيشنهادي براي انتقال حرارت، عدد ناسلت را با ميانگين خطاي و رابطه پيشنهاد شده براي انتقال جرم، مقادير عدد شروود را با ميانگين خطاي ، پيش‌بيني كردند.

189508

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر سلمان موحدي راد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرايندها

دكتر منصور شيرواني - دكتر اميد وحيدي