شبيه‌سازي عددي، ساخت و ارزيابي تجربي يك نوع مبدل حرارتي با عملكرد بالا مبتني بر ساختارهاي شبكه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

طراحي و ساخت مبدل حرارتي عملكرد بالا از دو نظر افزايش بهره‌وري سيكل‌هاي فرآيندي و ترموديناميكي و ديگري كاهش وزن مبدل حرارتي و تاسيسات خنك‌سازي در صنايع هوايي و فضايي حائز اهميت است. در اين پژوهش، دو ساختار هندسي شوارتز-P و جيرويد به دليل نسبت سطح به حجم بالا به منظور كاربرد به‌عنوان يك مبدل حرارتي بررسي عددي و تجربي شده‌اند. اين دو ساختار در پژوهش‌هاي متعددي خواص مكانيكي بالايي از خود نشان داده‌اند اما پژوهش‌هاي كمي براي بررسي اين ساختارها به عنوان هندسه‌هاي قابل استفاده براي كاربردهاي انتقال حرارت انجام شده است. بر اساس نتايج شبيه‌سازي عددي المان محدود اين ساختارها در بازه‌ي عدد رينولدز 10 تا 100 براي سيال آب (با عدد پرانتل در محدوده‌ي 3 تا 6) به كمك نرم‌افزار كامسول بررسي و نتيجه گرفته شد كه ساختار شوارتز-P افت فشار كمتري نسبت به ساختار جيرويد دارد ولي ضريب عملكرد آن پايين‌ است و مناسب استفاده به‌عنوان مبدل حرارتي نيست اما مبدل مبتني بر ساختار جيرويدي بهبود 40 درصد عدد ناسلت و افزايش20 درصدي ضريب عملكرد نسبت به يك مبدل رايج (دسته لوله) را نشان داد. همچنين در اين پژوهش، چندين مبدل حرارتي جيرويدي از جنس‌هاي پليمر پلي‌لاكتيك اسيد (PLA) و آلياژ آلومينيومي (AlSi10Mg) به روش ساخت افزودني بررسي و با استفاده از پرينت سه بعدي براي انجام آزمون‌هاي تجربي ساخته شد. درنهايت براي مبدل حرارتي فلزي جيرويدي به ازاي دبي‌هاي 1 تا 3 ليتر بر دقيقه (محدوده عدد رينولدز 1600 تا 5000 ) ارزيابي تجربي انجام شده است. لازم به ذكر است به دليل محدوديت‌هاي آزمايشگاهي امكان انجام آزمون‌هاي تجربي در اعداد رينولدز پايين ميسر نشد.

214686

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمدرضا توكلي، محسن دوازده امامي

احمد سوهانكار