مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به دلیل استحکام، قابلیت اطمینان و امکان کار در فشار و دمای بالا، از رایج‌ترین تجهیزات انتقال حرارت در صنایع مختلف هستند. این مبدل‌ها از یک پوسته استوانه‌ای و مجموعه‌ای از لوله‌ها تشکیل شده‌اند که درون پوسته قرار می‌گیرند. آرایش لوله‌ها می‌تواند مربعی یا مثلثی باشد و استفاده از صفحات تقسیم باعث هدایت جریان و افزایش توربولانس در پوسته می‌شود. عواملی مانند قطر لوله‌ها، فاصله مرکز به مرکز، تعداد لوله‌ها، طول لوله‌ها و فاصله صفحات تقسیم در عملکرد حرارتی و افت فشار نقش اساسی دارند.

مبدل‌های حرارتی از نظر تئوری و عددی

در تحلیل تئوری، عملکرد مبدل با روابط انتقال حرارت، ضرایب جابجایی داخل لوله و بیرون لوله، افت فشار و روش‌های کلاسیک مانند LMTD و NTU بررسی می‌شود. اما در تحلیل عددی، رفتار واقعی جریان و انتقال حرارت با حل معادلات جریان و انرژی به‌صورت سه‌بعدی قابل مشاهده است. این روش امکان بررسی جزئیاتی را فراهم می‌کند که با مدل‌سازی تحلیلی قابل مشاهده نیست.

شبیه‌سازی عددی

در شبیه‌سازی عددی مبدل‌های پوسته و لوله، ابتدا هندسه سه‌بعدی در نرم‌افزارهایی مانند SpaceClaim یا SolidWorks ایجاد شده و پس از آن مش‌بندی با دقت کافی انجام می‌شود. بخش‌های نزدیک دیواره‌ها معمولاً نیازمند مش ریزتر و لایه‌بندی مرزی هستند. شرایط مرزی مانند دبی، فشار، دما و ویژگی‌های سیال تعریف شده و سپس شبیه‌سازی در نرم‌افزارهایی مثل ANSYS Fluent، OpenFOAM یا COMSOL انجام می‌شود. انتخاب مدل فیزیکی مناسب به نوع جریان، دما، و رفتار سیال بستگی دارد.

معادلات حاکم

معادلات حاکم شامل معادله پیوستگی، معادلات مومنتوم (ناویر–استوکس) و معادله انرژی است. در شبیه‌سازی جریان واقعی، این معادلات به‌صورت میانگین‌گیری شده حل می‌شوند تا اثرات نوسانی جریان نیز در قالب پارامترهای مدل شده لحاظ شود.

توربولانس

در بسیاری از مبدل‌های صنعتی، جریان غالباً توربولانسی است. انتخاب مدل توربولانس مناسب از مهم‌ترین مراحل شبیه‌سازی است. مدل‌های k–ε و k–ω SST از پرکاربردترین مدل‌ها در شبیه‌سازی مبدل‌ها هستند. در مواردی که نیاز به دقت بیشتر باشد، می‌توان از LES یا DES استفاده کرد، هرچند هزینه محاسباتی بیشتری خواهند داشت.

حل جریان

در فرآیند حل، الگوریتم‌های مبتنی بر فشار برای جریان‌های غیرقابل تراکم استفاده می‌شود. کنترل همگرایی، انتخاب مرتبه مناسب برای اسکیم‌های عددی و پایش پارامترهایی مانند افت فشار و نرخ انتقال حرارت از نکات بسیار مهم است. مش‌بندی مناسب در نزدیکی دیواره (wall y+) نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت شبیه‌سازی دارد.

نتایج به‌دست‌آمده

نتایج شبیه‌سازی شامل کانتورهای دما، خطوط جریان، توزیع سرعت، افت فشار در پوسته و لوله و نرخ کلی انتقال حرارت است. این نتایج برای بهینه‌سازی هندسه مبدل، تغییر چیدمان صفحات تقسیم، بررسی رسوب‌گذاری، یا افزایش راندمان انتقال حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقایسه نتایج عددی با مدل‌های تئوریک، ضروری و بخشی از اعتبارسنجی شبیه‌سازی است.

برچسب‌ها (ده مورد)

مبدل پوسته و لوله، انتقال حرارت، توربولانس، مش‌بندی، معادلات ناویر–استوکس، ANSYS Fluent، مدل k–ε، مدل SST، جریان سیال، شبیه‌سازی عددی

پر بازدیدترین مطالب

محبوبترین مطالب

پربحثترین مطالب

مبدل‌های حرارتی از نظر ساختار و هندسه

مبدل‌های حرارتی از نظر تئوری و عددی

شبیه‌سازی عددی

معادلات حاکم

توربولانس

حل جریان

نتایج به‌دست‌آمده

برچسب‌ها (ده مورد)

برچسبها :

آخرین مطالب

طبقه بندی موضوعی

بایگانی

درباره

پیوندها

کلمات کلیدی