پروژه انواع مبـــدل های حرارتـــی

مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت موثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. از رایج‌ترین مبدل‌های حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است. مبدل‌های حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اصول و کاربرد های مبدل های در تبرید و تهویه ، سرفصلهای این پایان نامه میباشند که مورد بررسی قرار گرفته اند. این پروژه به عنوان پایان نامه رشته مکانیک گرایش حرارت و سیالات میباشد . اهمیت این پایان نامه بر کسی پوشیده نیست . ما این پایان نامه را برای شما دانشجویان رشته مندسی مکانیک آماده نموده ایم .

برای اطمینان از کیفیت و سطح علمی پروژه ،نمونه رایگان آن را از لینک زیر دانلود کرده و پس از آشنایی کامل تر اقدام به خرید محصول فرمایید.

در طبیعت و زندگی روزمره به طور معمول نیاز به سرد یا گرم کردن مواد وجود دارد . به عنوان مثال گرم کردن غذا ، جوشاندن آب یا در تابستان برای خنک کردن هوا استفاده می شود . این گرمایش و سرمایش را در اصطلاح علمی انتقال حرارت می گویند . تعریف کلاسیک انتقال حرارت عبارت است از انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد­تر.به عبارتی حرارت از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین­تر می­رسد. انتقال حرارت به سه صورت:هدایت ،جابجایی یا تشعشعی است.انتقال حرارت هدایتی توسط یون­ها یا اتم­ها صورت می گیرد .

انتقال حرارت جابجایی فقط در سیالات صورت می گیرد و هنگامی که وسیله ای عمل جابجایی را تسهیل می­بخشد مانند فن ،پنکه و ... آن را جابجایی اجباری مینامند . انتقال حررات تشعشعی زمانی رخ میدهد که دمای یکی از سطوح خیلی بالا باشد به طور.معمول این مکانیزم در دمای بالای 1000 درجه سلسیوس رخ می­دهد. در یک کارخانه شیمیایی برای انجام واکنشها یا سرد کردن و گرم کردن مواد فرایندی نیاز به استفاده از یک ماده واسطه است که وظیفه آن انتقال حرارت و رساندن شرایط مواد فرایندی به دمای مطلوب است.به همین منظور از مبدل استفاده می­شود.

فهرست مطالب

عنوان شماره صفحه

فصل اول، مقدمه

1-1-مقدمه.......2

2-1- منابع حرارتی.. 5

3-1- کاربرد مبدلهای حرارتی.. 6

فصل دوم ، اجزای مبدل

1-2- پوسته.....8

2-2- TUBE BUNDEL 8

3-2- TUBE 9

4-2- TUBE SHEELT 10

1-4-2- TUBE SHEELT. 10

2-4-2- TUBE SHEELT / TUBE SHEELT LAYOUT. 11

5-2- BAFFLE 12

1-5-2- بفل عرضی.. 12

2-5-2- بفل طولی.. 13

3-5-2- SUPPORT TYPE.. 14

4-5-2- IMPINGEMENT BAFFLE.. 14

5-5-2-Baffle spacing 15

6-2- TIE ROD&SPACER 15

7-2- EXPANSION JOINT 16

8-2- فین و نقش آن در مبدل.. 16

9-2- تعداد گذر در مبدل.. 17

فصل سوم ، انواع مبدل

1-3- از نظر شرایط تماس... 20

2-3- از نظر جهت جریان.. 21

1-2-3- جریان هم جهت (co-current)21

2-2-3- جریان مخالف (counter current )22

3-2-3- جریان عمود(cross current)23

3-3- انواع مبدلهای حرارتی بر اساس نوع ساختمان و نحوه عملکرد. 24

1-3-3- مبدل های حرارتی لوله ای 24

2-3-3- مبدل های حرارتی صفحه ای 33

4-3- انواع خاص... 34

1-4-3- Bayonet34

2-4-3- Double tube sheet35

3-4-3- Double Bundle. 35

5-3- از نظر استاندارد TEMA.. 36

1-5-3- stationary head. 36

2-5-3- Sell37

3-5-3- rear head. 37

فصل چهارم ، بعضی از خصوصیات مبدلهای حرارتی

1-4- مبدل BET 41

2-4- AES 42

3-4- BEP 43

4-4- BEM 44

5-4- BEU 45

6-4- AEW 46

7-4- طراحی سفارشی.. 47

1-7-4- نوع اول.. 47

2-7-4- نوع دوم. 48

فصل پنجم ، کاربردهای عملیاتی مبدل

1-5- کندانسور 50

2-5- ریبویلر 51

1-2-5- ریبویلرkettle. 51

3-5- کولر..................53

4-5- هیتر ...............53

6-5- چیلر...............54

فصل ششم ، عیوب و مشکلات

1-6- رسوب گذاری.. 57

1-1-6- مکانیزم های رسوب گذاری.. 57

2-1-6- رشد رسوبها57

2-6- ارتعاش ..61

3-6- جریانهای نشتی.. 61

4-6- نحوه انتخاب نوع مبدل.. 63

فصل هفتم ، مبدلهای حرارتی فشرده

1-7- معرفی مبدلهای فشرده. 66

1-1-7- جنبه های کلی مبدل های حرارتی فشرده. 66

2-1-7- نمودارهای طراحی برای مبدل های صفحه ای و قالب :67

3-1-7- استفاده از نمودارها70

4-1-7- کاربردهای کاهش اندازه. 70

2-7- طراحی مبدلهای حرارتی پیشرفته با کارائی ارتقاء یافته همراه با کد CFD.. 72

3-7- تحلیل عددی ضریب انتقال حرارت جابه جایی اجباری در ناحیه ورودی یک کانال دو بعدی فین گذاری شده برای انتخاب یک مبدل حرارتی مناسب... 75

1-3-7- فرضیات.. 76

2-3-7- معادلات و روابط حاکم.. 76

3-3-7- روش حل عددی.. 77

4-3-7- مشخصات هندسی.. 78

4-7- نتیجه گیری.. 79

فصل هشتم ، میکرو مبدلهای حرارتی

1-8- طرح و مشخصات کلی.. 86

2-8- میکرو مبدلهای حرارتی دارای جتهای برخوردی MEMS. 89

فصل نهمHEAT TRANSFER ENHANCEMENT ، معرفی تکنولوژی بهبود انتقال حرارت در مبدل‌های پوسته- لوله‌ای

1-9- معرفی تکنولوژی HTE.. 94

2-9- اصول و مبانی تکنولوژی HTE.. 94

3-9- موارد به‌کارگیری تکنیک HTE.. 95

4-9- اقدامات انجام شده در پژوهشگاه صنعت نفت... 96

فصل دهم، نرم افزارهای شبیه سازی مبدلهای حرارتی

1-10- شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی (HTFS)99

1-1-10- TAS. 99

2-1-10- FIHR.. 100

3-1-10- MUSE.. 100

4-1-10-PIPE.. 100

5-1-10-TICP. 100

6-1-10-ACOL.. 100

7-1-10-FRAN.. 101

2-10- نرم افزار Aspen b-jack. 101

3-10- کاربرد نرم افزار Fluent در طراحی مبدلها105

4-10- جمع بندی مطالب تحقیق.. 106

منابع و ماخذ 109

پیوست 111

آنالیز مبدل های حرارتی پوسته – میله در نرم افزار Flow simulatin. 111

فهرست شکل ها و جدول ها

عنوان شماره صفحه

شکل (1-1) مبدل حرارتی.. 2

شکل (2-1) نمایی از بک مبدل حرارتی.. 3

شکل (3-1) روشها ی گرمایش.... 4

شکل (4-1) سیالات گرمایشی.. 4

شکل (6-1) مبدل حرارتی.. 5

شکل (5-1) انتقال حرارت در مبدل.. 6

شکل (1-2) پوسته. 8

شکل (2-2) TUBE BUNDEL 9

شکل (3-2) TUBE 10

شکل (4-2) آرایش تیوبها11

شکل (5-2) نمایی از بفل ها13

شکل (6-2) نمایی از بفل طولی.. 13

شکل (7-2) SUPPORT TYPE 14

شکل (8-2) IMPINGEMENT BAFFLE 14

شکل (9-2) Baffle spacing 15

شکل (10-2) TIE ROD&SPACER.. 15

شکل (11-2) TIE ROD&SPACER.. 16

شکل (12-2) EXPANSION JOINT. 16

شکل (13-2) فین.. 17

شکل (1-3) مبدل ها از نظر شرایط تماس... 20

شکل (2-3) مقایسه h تماس مستقیم و غیر مستقیم.. 20

شکل (3-3) شکل های مختلف جریان.. 21

شکل (4-3) مبدل جریان هم جهت... 22

شکل (5-3) مبدل جریان مخالف... 23

شکل (6-3) مبدل جریان عمود. 23

شکل (7-3) نمایی از یک مبدل حرارتی تک لوله ای.. 24

شکل (8-3) نمایی از یک مبدل حرارتی دو لوله ای.. 24

شکل (9-3) مبدل حرارتی دو لوله ای.. 25

شکل (10-3) مبدل حرارتی لوله مارپیچ.. 26

شکل (11-3) مبدل پوسته و لوله. 27

شکل (12-3) مبدل پوسته و لوله. 27

شکل (13-3) مبدل پوسته و لوله. 28

شکل (14-3) مبدل پوسته و لوله. 28

شکل (15-3) مبدل حرارتی U شکل.. 31

شکل (16-3) مبدل حرارتی صفحه ای.. 33

شکل (17-3) plate heat exchanger سیستم احیاء گلیکول.. 34

شکل (18-3) Bayonet35

شکل (19-3) Double tube sheet35

شکل (20-3) Double Bundle. 36

شکل (21-3) TEMA type designation. 39

شکل (1-4) مبدل BET. 41

شکل (2-4) مبدل AES. 42

شکل (3-4) مبدل BEP. 43

شکل (4-4) مبدل BEM... 44

شکل (5-4) مبدل BEU.. 45

شکل (6-4) مبدل AEW... 46

شکل (6-4) طراحی سفارشی نوع اول.. 47

شکل (7-4) طراحی سفارشی نوع دوم. 48

شکل (1-5) کندانسور. 50

شکل (2-5) ریبویلر. 51

شکل (3-5) ریبویلرkettle. 52

شکل (4-5) ریبویلر. 52

شکل (5-5) کولر. 53

شکل (6-5) هیتر. 54

شکل (7-5) چیلر. 55

شکل (1-6) مکانیزم رسوبات.. 57

شکل (2-6) نمودارها رشد رسوبها58

شکل (3-6) نمایی از رسوب گرفتگی در مبدل ها59

شکل (4-6) نمایی از رسوب گرفتگی درداخل لوله. 60

شکل (5-6) ارتعاش در مبدل.. 61

شکل (6-6) نشتی در مبد لها62

جدول (1-6) مزایا و محدودیت ها63

شکل (1-7) مبدل حرارتی فشرده. 66

شکل (2-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 1. 68

شکل (3-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 2. 68

شکل (4-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 3. 68

شکل (5-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 4. 69

شکل (6-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 5. 69

شکل (7-7) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره 6. 69

شکل (8-7) یک مبدل صفحه ای و قالب... 71

شکل (9-7) مبدلهای حرارتی پوسته و لوله مجزا72

شکل (10-7) یک کانال ساده. 73

شکل (11-7) هندسه مورد استفاده در مطالعه کد CFD.. 73

جدول (1-7) نتایج استفاده در مطالعه کد CFD.. 74

شکل (12-7) چند نمونه از فین گذاریها و مشخصات ابعادی آنها78

جدول (1-7) تغییر S/L همراه با تغییر تعداد فین ها78

شکل (13-7) تاثیر تغییر ارتفاع فین ها روی جریان سیال عبوری.. 79

شکل (14-7) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره 1. 80

شکل (15-7) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره 2. 80

شکل (16-7) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره 3. 80

شکل (17-7) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره 4. 81

شکل (18-7) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره 5. 81

شکل (19-7) مقدار بهینه H/L با در نظر گرفتن افت فشار در مقابل انتقال حرارت دلخواه. 83

شکل (20-7) مقدار بهینه H/L با در نظر گرفتن افت فشار در مقابل انتقال حرارت دلخواه. 83

شکل (21-7) منحنی افت فشار بر حسب فاصله نسبی فین ها84

شکل (22-7) منحنی میزان انتقال حرارت بر حسب فاصله نسبی فین ها84

شکل (1-8) میکرو مبدل حرارتی.. 86

شکل (2-8) یک میکرو مبدل.. 86

جدول (1-8) مشخصات میکرو مبدل cross flow devices micro heat exchanger87

جدول (2-8) مشخصات کلی co/counter- current micro heat exchanger88

شکل (3-8) یک قطعه حسگر گرمایی.. 89

شکل (4-8) یک قطعه نازل مجزای MEMS. 89

شکل (5-8) مجموعه از میکرو مبدل.. 90

شکل (6-8) نمودار دمای دوره خط سیر جت های اصابتی.. 91

شکل (7-8) نمونه میکرو مبدل.. 91

شکل (8-8) نمونه میکرو مبدل.. 92

شکل (9-8) نمونه میکرو مبدل.. 92