دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
عنوان:
تحلیل ترمودینامیکی جریان آرام کاملا توسعه یافته در یک کویل مارپیچ با شرایط مرزی معینه برای خواص متغیره
چکیده:
در مطالعه حاضر، جریان آرام لزج کاملا توسعه یافته و انتقال حرارت در یک کویل هلیکال با دمای دیواره یکنواخت با استفاده از دو پارامتر بی بعد برای دو سیال آب و گلیسرول به صورت تحلیل بررسی شده است. حالت های ویسکوزیته ثابت و همچنین ویسکوزیته وابسته به دما مبنای محاسبه تولید آنتروپی بی بعد و نسبت توان پمپ به نرخ انتقال حرارت می باشند. بدین منظور تولید آنتروپی و نسبت توان پمپاژ به نرخ انتقال حرارت برای یک جریان کاملا توسعه یافته در یک کویل مارپیچ که در معرض دمای ثابت جداره می باشد برای حالت های ویسکوزیته ثابت و ویسکوزیته متغیر محاسبه شده اند.
نمودارهای تغییرات تولید آنتروپی در طول لوله و همچنین مجموع تولید آنتروپی بی بعد و نسبت توان پمپ به نرخ انتقال حرارت برای دو حالت طول لوله ثابت و دمای متغیر سیال ورودی و دیگری طول لوله متغیر و دمای ثابت سیال ورودی به دست آمده اند. در شرایط انتقال حرارت پایین، بیشترین سهم تولید آنتروپی ناشی از اصطکاک سیال است و در این حالت بررسی وابستگی لزجت به دما بسیار اهمیت می یابد. روابطی شامل متغیرهای مربوط به نرخ تولید آنتروپی در اثر انتقال حرارت و اتلاف اصطکاکی و نرخ کل تولید آنتروپی به دست می آید.
با فرض لزجت ثابت، در سیال لزج عدد تولید آنتروپی بسیار بیشتر از مقدار آن برای حالت لزجت متغیر است و بنابراین در سیالات لزج، این فرض نتایج قابل قبولی نمی دهد. در مقایسه با سیال گلیسرول، برای سیال آب، از آنجا که لزجت آن کم است، مدل لزجت ثابت نتایج بهتر و دقیق تری در مورد میزان آنتروپی تولیدی می دهد.
مقدمه:
مسأله انتقال حرارت در صنعت در حال پیشرفت امروز، به دلیل مطرح بودن آن در شاخه ها و زمینه های کاربردی وسیع، از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار بوده و مطالعات بسیاری برای بهبود فرایندهای مربوط به آن انجام گرفته و می گیرد. به طور کلی انتقال حرارت از لحاظ ماهیت فیزیکی به سه نوع هدایتی، جابجایی و تشعشعی صورت می گیرد. در انتقال حرارت به روش هدایتی، انرژی حرارتی با حرکت جنبشی یا برخورد مستقیم مولکول ها (مثلا در شاره ساکن) و یا با رانش الکترون ها (مثلا در فلزات) منتقل می شود. انتقال گرما به روش جابجایی را معمولا با انتقال گرما بین یک سیال و یک جسم جامد بیان می نمایند بدین صورت که انرژی حرارتی در نتیجه حرکت سیال نسبت به سطح جسم جامد مبادله می شود. انتقال حرارت تشعشعی بر این اصل استوار است که کلیه اجسام پیوسته انرژی گسل می نمایند که ناشی از دمای بالای آنها است. انرژی تابشی گسیل شده از جسم، براساس نظریه کلاسیک امواج الکترومغناطیسی ماکسول به صورت امواج الکترومغناطیسی و براساس فرضیه پلانک به صورت فوتون های مجزا در فضا منتقل می شود. گسیل یا جذب انرژی تشعشعی در اجسام فرآیندهای کلی است. یعنی تابشی که از داخل جسم سرچشمه گرفته، از سطح آن گسیل می شود و برعکس تابش فرود آمده بر سطح یک جسم، تا عمقی که تابش در آن تضعیف شود، نفوذ می کند.
انتقال حرارت به روش جابجایی به دلیل گستردگی کاربرد در صنعت و خصوصیات ویژه ای که از نظر حضور و حرکت سیال دارد، درخور توجه است. عموما تجهیزاتی که به عنوان واسطه انتقال حرارت بین دو سیال مورد استفاده قرار می گیرند، مبدل های حرارتی نامیده می شوند. مبدل های حرارتی برای استفاده در صنایع مختلف از قبیل نیروگاهی، صنایع مربوط به پروسه های شیمیایی (پالایشگاهی، پتروشیمی و غیره)، صنایع تهویه مطبوع و… در نوع و ابعاد مختلف طراحی و ساخته می شوند.
مشکل اصلی در مورد این تجهیزات و به طور کلی تجهیزات حرارتی پایین بودن راندمان می باشد. دلیل این است که انرژی حرارتی را نمی توان به سادگی انرژی مکانیکی و نظیر آن تحت کنترل درآورد و اتلافات در فرآیندهای حرارتی بالاست. انتقال حرارت به علت وجود گرادیان دما صورت می پذیرد و چون در پروسه های حرارتی تجهیزات با محیط اطراف نیز اختلاف دما دارند، لذا انرژی حرارتی با محیط هم مبادله می شود. این موضوع سبب افت راندمان این تجهیزات می گردد.
در صنعت، با در نظر گرفتن ابعاد و راندمان مبدل حرارتی، موضوع افزایش میزان انتقال حرارت و نیز مسائل اقتصادی برای طراحی مبدل های حرارتی مطرح می باشد. حالت بهینه این است که مبدل حرارتی حدالامکان حجم کمتری داشته و راندمان آن نیز بالا باشد. طبق معادله عمومی انتقال حرارت (Q=UA^T و Q میزان انتقال حرارت، U ضریب عمومی انتقال حرارت، A سطح تبادل حرارت و ^T اختلاف دما) برای افزایش میزان انتقال حرارت می توان هر سه کمیت مربوطه را افزایش داد. مقدار UA را در شرایط دماهای ورودی یکسان و کاهش اختلاف دماهای میانگین در مبدل بالا می برند.
در اکثر مبدل های حرارتی از انواع مختلف لوله ها استفاده می شود. در این میان مبدل های حرارتی با لوله های انحنادار نیز طیف وسیعی را تشکیل می دهند. مبدل هایی که در آنها از لوله های انحنادار استفاده می شود در عین حال که از نظر حجم و ابعاد کوچکتر می شوند به دلیل طبیعت جریان در این لوله ها، دارای ضریب انتقال حرارت بالاتری نسبت به مبدل های با لوله های مستقیم بوده و لذا میزان انتقال حرارت بالاتری خواهند داشت.
لوله های انحنادار به انواع کویل های هلیکال، اسپیرال و خم ها دسته بندی می شوند. لوله های انحنادار در راکتورهای شیمیایی، شیرهای متلاطم کننده، مخازن ذخیره سازی، سیستم های بازیافت گرما و… استفاده می شوند. در صنایعی از قبیل خشک کنی و صنایع غذایی، تبرید و فرآیندهای هیدروکربنی به صورت وسیعی از مبدل های حرارتی با لوله های انحنادار استفاده می شود. کاربرد دیگر این لوله ها در تجهیزات پزشکی نظیر ماشین های دیالیز کلیه بوده و نیز در میادین نفتی، لوله های انحنادار به عنوان ابزار Inline برای سنجش ویسکوزیته به کار برده می شوند.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند