مدل‌سازی CFD تاثیر رسوب بر ضریب انتقال حرارت یک مبدل حرارتی

صفحات ابتدایی فایل گزارش پروژه:

چکيده

اكثر مبدلهاي حرارتي در طي دوران بهره برداري در معرض تشكيل رسوب بوده و همين امر به شدت بر عملكرد و كارائي ن تاثير نامطلوب ميگذارد. طراحي و انتخاب صحيح مبدل حرارتي و كنترل شرايط بهره برداري از آن نقش بسزايي بر روي سرعت تشكيل رسوب بر روي سطوح تبادل حرارتي دارد. به عنوان مثال،انتخاب و طراحي مناسب مبدلهاي حرارتي از نوع پوسته ميتواند به شدت ميزان تشكيل  رسوب بر روي سطوح تبادل حرارتي را كاهش دهد. تشكيل رسوب ضمن تاثير بر ضريب كلي انتقال حرارت  بر روي افت فشار در مبدل حرارتي نيز تاثير ميگذارد. با تشكيل رسوب سطح مقطع آزاد جريان سيال در لوله و يا پوسته كاهش يافته و در دبي ثابت، سرعت جريان افزايش مييابد كه به سهم خود موجب افزايش افت فشار در مبدل حرارتي ميگردد. با افزايش افت فشار، جهت ثابت نگهداشتن دبي جريان، اجبارا بايد از پمپ قويتر و انرژي بيشتري استفاده شود. اصولا تشكيل رسوب به عواملي نظير سرعت جريان مايع، درجه حرارت سطوح گرم وPHمايع بستگي دارد. همچنين تشكيل آن بر روي مبدلهاي حرارتي مخصوص مايعات شديد بوده، اما اين امر براي مبدلهاي حرارتي طراحي شده براي گازها بسيار ناچيز خواهد بود كه لحاظ اين مساله در طراحي مبدل ميتواند از بروز مشكلات بعدي و تعميرات ناخواسته جلوگيري نمايد.

فهرست مطالب

۱-    فصل ۱:کلیات   ۱

۱-۱-     مقدمه   ۲

۱-۲-        تاثير رسوب بر روي ضريب انتقال حرارت   ۳

۱-۳-   معادلات حاکم   ۴

۲- فصل ۲:روش انجام پروژه ۷

۲-۱-           شرح مساله  ۸

۲-۱-۱-     حالت اول مبدل بدون رسوب   ۸

۲-۱-۲-    مدلسازی در گمبیت:.. ۸

۲-۱-۳-     تحلیل در فلوئنت:.. ۱۹

۲-۲-    حالت دوم با فرض رسوب گرفتگی مبدل   ۴۰

۳- فصل ۳:نتایج  ۴۵

۳-۱-    نتایج   ۴۶

۳-۱-۱- نتایج حالت اول:.. ۴۶

۳-۱-۲-نتایج حالت دوم:.. ۵۰

۳-۱-۳-  مقایسه نتایج:.. ۵۳

۴- مراجع  ۵۵

 شرح مسئله:

دريك تعريف كلي ميتوان رسوب كردن را فرايند ته نشين شدن موادي نامطلوب و مقاوم در مقابل انتقال حرارت بر روي سطوح تبادل حرارتي تعريف كرد. شدت تشكيل رسوب به عوامل متعددي بستگي دارد كه عمده ترين آنها طبيعت سيال مورد انتقال و مواد معلق در آن، درجه حرارت، سرعت جريان سيال و طراحي مبدل حرارتي   ميباشد.رسوب ميتواند در هر دو سمت سطوح تبادل حرارتي تشكيل شود. با كاهش ضريب كلي انتقال حرارت در اثر تشكيل رسوب، جهت حفظ نرخ تبادل حرارتي لازم است كه از سطوح تبادل حرارتي بيشتري استفاده شود و اين امر موجب افزايش هزينه ساخت مبدل حرارتي ميگردد.

هرچند كه با تشكيل رسوب و كاهش سطح مقطع آزاد جريان سيال، سرعت جريان سيال افزايش يافته و اين امر موجب افزايش ضريب انتقال حرارت ميگردد؛ ولي تاثير نامطلوب لايه مقاوم در مقابل انتقال حرارت غالبا از تاثيرافزايش ضريب انتقال حرارت در اثر افزايش سرعت بيشتر بوده و نهايتا تشكيل رسوب، كاهش(U) را بدنبال خواهد داشت. لذا در اكثر موارد خارج سازي مبدل حرارتي جهت رسوب زدائي عموما بخاطر كاهش عملكرد و كارآيي مبدل در اثر كاهش ضريب انتقال حرارت ميباشد. در يك جمع بندي كلي تشكيل رسوب بر روي سطوح تبادل حرارتي داراي عوارض متعددي بوده كه عمده ترين آنها عبارتند از: 

الف: افزايش قيمت تمام شده مبدل حرارتي به لحاظ افزايش سطح تبادل حرارتي جهت غلبه بر عوارض ناشي از كاهش ضريب انتقال حرارت كلي(U) 

ب: افزايش انرژي مصرفي جهت انتقال سيال بخاطر: 

• افزايش دبي سيال جهت حفظ شرايط دمايي در سيستم

افزايش افت فشار و نهايتا ضرورت استفاده از فشار بالاتر جهت انتقال سيال در دبي ثابت در اثر كاهش سطح مقطع آزاد عبور سيال 

ج: كاهش عملكرد سيستم هاي سرمايشي و گرمايشي(نظير رسوب كردن در كندانسر و تبخيركننده)  د: افزايش ميزان مصرف مواد شيميايي جهت كاهش قدرت رسوب كردن سيال  ه: افزايش هزينه هاي تعميراتي بخاطر رسوب زدايي 

و: كاهش عملكرد سيستم كه ميتواند بر راندمان ساير تجهيزات و راندمان توليد تاثير نامطلوب بگذارد. 

ز: افزايش هزينه هاي بهره برداري ناشي از توقف سيستم هاي فرايندي 

مدلسازی:

ما مدلسازی را با دونرم افزارگمبیت و فلوئنت انجام داده ایم و برای این منظور دو حالت مختلف را باهم مقایسه کردیم.یکبار مبدلی را مدلسازی کردیم که بدون رسوب میباشد ویکبار مبدلی را شبیه سازی کردیم که رسوب از جنس کلسیم اکسید(آهک)در لوله های آن تشکیل شده است.