دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.SC.” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی

عنوان:

توسعه و تدوین الگوریتم طراحی مبدل های حرارتی فشرده پلیت – فین

چکیده

تحقیق حاضر روشی جهت طراحی مبدل های حرارتی پلیت فین ارائه می دهد که در آن دستیابی به افت فشار کامل به عنوان هدف طراحی در نظر گرفته شده است. این روش بر اساس توسعه یک مدل ترموهیدرولیکی که رابطه بین افت فشار، ضریب انتقال حرارت و حجم مبدل را ارائه می نماید و از الگوریتم طراحی سریع (RDA) استفاده می نماید بنا نهاده شده است. یک روش ساده برای انتخاب سریع سطح براساس مفهوم شاخص عملکرد حجم (VPI) و همچنین شاخص توسعه یافته عملکرد حجم، که در آن اثرات سایر مقاومتها نیز منظور شده باشد، ارائه گردیده است. براساس این شاخ ص جدید سطوحی که حجم های کوچکتری از مبدل را ایجاد نمایند VPI بزرگتری خواهند داشت. منحنی هایی جهت نمایش VPI برای سطوح مختلف برحسب رینولدز عملیاتی رسم شده و سطوح بر اساس VPI مقایسه شده اند. انتخاب سطح و طراحی همزمان برای دسترسی به افت فشار کامل با استفاده از نمودارهای VPI و مدل ترمو هیدرولیکی محقق می شود. الگوریتمهای طراحی برای ترکیب جریان متقاطع و موازی ارائه، براساس آنها برنامه رایانه ای جهت طراحی و عملکرد مبدلهای حرارتی پلیت فین تدوین و ارائه شده است. نتایج با موردهای مطالعاتی ذکر شده در تحقیق مقایسه شده اند. با استفاده از نمودارهای VPI سطوحی که بیشترین شاخص عملکردی را در محدوده رینولدز عملیاتی دارا باشند انتخاب و با استفاده از برنامه رایانه ای، مبدل مورد نظر طراحی شده و حجم کل مبدل به دست آمده است . به این ترتیب مبدل هایی طراحی شده اند که حجمهایی تا چندین برابر کوچکتر از حجم موارد مطالعاتی ذکر شده داشته اند.

مقدمه

مبدل حرارتی پلیت فین یکی از انواع مبدل های حرارتی فشرده است که مشتمل بر مجموعه ای یک در میان از صفحات مسطح و فین های موجدار است که در کنار هم هسته مبدل حرارتی را تشکیل می دهند. جریانها در طول معابر ی که توسط فین ها در بین صفحات جدا کننده ایجاد شده است جاری می شوند و حرارت را مبادله می کنند. فین ها دو مزیت عمده دارند اول اینکه به عنوان سطح انتقال حرارت ثانویه و دوم اینکه بعنوان حایل مکانیکی برای فشار داخلی در بین لایه ها عمل می کنند. انواع متعددی فین وجود دارد که بهینه سازی مبدلهای پلیت فین را برای هر معیار مورد نظر مثل هزینه، وزن، راندمان حرارتی و یا افت فشار امکانپذیر می سازند.

مبدلهای حرارتی پلیت فین نسبت به سایر انواع مبدلهای حرارتی مزایایی دارند که فقط توسط درجه حرارتها و فشارهای عملیاتی سیال محدو د می شوند. این مزایا سطح انتقال حرارت زیاد به ازاء واحد حجم، وزن کم، راندمان حرارتی بالا، درجه حرارت نزدیکی خیلی کوچک و امکان تبادل حرارتی بین چندین جریان فرایندی می باشند.

طراحی مبدل حرارتی پلیت فین نیازمند مشخصات بار حرارتی، افت فشارهای مجاز جریان و جنبه های خاص هندسه مبدل می باشد. منظور از جنبه های هندسی همان سطوح ویژه انتقال حرارت می باشند که باید در هر سمت جریان به کار گرفته شوند.

در روشهای طراحی متداول مبدل حرارتی، افت فشار بعنوان محدودیت طراحی در نظر گرفته می شوند که در آن مبنای طراحی مشتمل برآزمایش سطوح هندسی مختلف است که جهت تشخیص اینکه کدامیک بار حرارتی مورد نظر را در محدوده افت فشار مجاز تأمین نمایند، قرار دارد.

طراحی مبدل حرارتی پلیت فین را می توان به روش دیگری هم انجام داد. روشی که در آن افت فشار جریان و بار حرارتی به عنوان اهداف طراحی در نظر گرف ته می شوند تحت عنوان الگوریتم طراحی سریع قبلاً ارائه شده است. این روش در مورد مبدلهای حرارتی پلیت فین به کار برده شده است و مثالهایی برای مواردیکه سطوح انتقال حرارت در ابتدای طراحی مشخص شده اند آورده شده است. مادامی که سطوح ثانویه باید در ابتدای طراحی مشخص باشند، لازم است معیارهایی جهت انتخاب آنها در این مرحله وجود داشته باشد.

عملکرد سطوح انتقال حرارت را به روشهای متعددی می توان تجزیه و تحلیل کرد. حجم برحسب مصرف توان، سطح جلویی بر حسب توان، ضریب انتقال حرارت به عنوان تابعی از توان پمپ به ازاء واحد سطح ا نتقال حرارت و غیره. مقایسه عملکرد سطوح براساس این نوع تجزیه و تحلیل ها، اطلاعات قابل استفاده ای را در جهت وظیفه انتخاب سطح ارائه می کنند.

متأسفانه این نوع تجزیه و تحلیل ها عموماً در موردسطوح در حالت منفرد به کار برده می شوند، در حالیکه در طراحی واقعی انتخاب سطحی که باید بعنوان جفت به کار گرفته شود بر روی عملکرد کلی مبدل تأثیرگذار است. بنابراین عملکرد سطوح در ترکیب و در کنار هم حائز اهمیت است. در حال حاضر هیچ روش اصولی که بتواند انتخاب سطوح را در هر دو سمت، مورد نظر قرار دهد، موجود نمی باشد.

در این تحقیق روش ساده ای جهت انتخاب سطح و طراحی مبدل حرارتی پلیت فین بصورت همزمان و با تکیه برمفهوم شاخص عملکرد حجم ارائه شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.