شبيه‌سازي عددي و بهينه‌سازي پارامتري هندسه لوله فين‌دار سوپرهيتر اوليه جهت افزايش عملكرد حرارتي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

سوپرهيترهاي اوليه از جمله مهم‌ترين اجزاي انتقال حرارت در نيروگاه‌هاي حرارتي هستند كه عملكرد حرارتي آن‌ها به‌طور مستقيم بر بازده ديگ بخار، كيفيت بخار و عملكرد كلي نيروگاه تأثير مي‌گذارد. استفاده از پره‌هاي حلقوي يكي از روش‌هاي متداول براي افزايش انتقال حرارت خارجي لوله‌هاي سوپرهيتر است. بااين‌حال، عملكرد حرارتي تنها به مقدار ماده پره‌اي وابسته نيست، بلكه توزيع هندسي آن، آرايش لوله‌ها و فاصله بين لوله‌هاي مجاور نيز در اين زمينه مؤثر هستند. در مطالعه حاضر، تأثير اين پارامترها بر عملكرد حرارتي لوله‌هاي پره‌دار سوپرهيتر اوليه به‌صورت عددي بررسي شده است. يك مدل سه‌بعدي انتقال حرارت مزدوج با استفاده از روش اجزاي محدود توسعه داده شد تا جريان سيال و انتقال حرارت به‌صورت هم‌زمان در گاز داغ خارجي، ديواره لوله، پره‌هاي حلقوي و جريان بخار داخلي شبيه‌سازي شوند. جريان پايا، آرام و تراكم‌ناپذير با خواص ترموفيزيكي ثابت فرض شد، درحالي‌كه انتقال حرارت تابشي به دليل آنكه سوپرهيتر اوليه عمدتاً مبتني بر جابه‌جايي است، ناديده گرفته شد. پنج هندسه پره حلقوي با حجم يكسان ماده پره‌اي براي يك لوله، دو لوله مجاور، دسته‌لوله‌هاي دو رديفه در آرايش هم‌راستا و دسته‌لوله‌هاي دو رديفه در آرايش زيگزاگي بررسي شدند. علاوه بر اين، تأثير گام طولي لوله براي پيكربندي‌هاي بهينه هم‌راستا و زيگزاگي، با حفظ گام عرضي ثابت، ارزيابي شد. نتايج عددي نشان دادند كه توزيع ماده پره‌اي موجود تأثير قابل‌توجهي بر عملكرد حرارتي دارد. در ميان هندسه‌هاي بررسي‌شده، پيكربندي مياني پره (حالت 3) به‌طور پيوسته بالاترين عملكرد انتقال حرارت را براي تمامي آرايش‌هاي لوله فراهم كرد. رسانندگي حرارتي خارجي از مقدار 47.38 W/K براي لوله پره‌دار منفرد بهينه، به‌ترتيب به 193.12 W/K براي دو لوله مجاور، 319.61 W/K براي دسته‌لوله هم‌راستا و 380.94 W/K براي دسته‌لوله زيگزاگي افزايش يافت. همچنين مشخص شد كه گام لوله تأثير قابل‌توجهي بر عملكرد انتقال حرارت دارد. در محدوده بررسي‌شده، نسبت گام طولي بهينه براي آرايش هم‌راستا 1.55 و براي آرايش زيگزاگي 1.45 به‌دست آمد كه آرايش اخير حداكثر رسانندگي حرارتي خارجي برابر با 400.88 W/K و ضريب متوسط انتقال حرارت خارجي برابر با 2322.66 W/m2K را ايجاد كرد. نتايج نشان مي‌دهند كه بهينه‌سازي هم‌زمان هندسه پره، آرايش لوله‌ها و گام لوله مي‌تواند عملكرد حرارتي لوله‌هاي سوپرهيتر اوليه را به‌طور قابل‌توجهي بهبود بخشد. پيكربندي بهينه دسته‌لوله زيگزاگي شناسايي‌شده در اين مطالعه، ضمن حفظ مقدار ثابت ماده پره‌اي، راهنماي طراحي كاربردي براي بهبود بازده سوپرهيترهاي نيروگاه‌هاي حرارتي فراهم مي‌كند.

238069

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان