عنوان پایان‌نامه
بررسی و تحلیل عددی رسوب ذره ای در مبدل های پوسته ولوله با بفل حلزونی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک - تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 940;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74495
- تاریخ دفاع
- ۲۱ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- سید محمد حامد پورهاشمی
- استاد راهنما
- بهرنگ سجادی
- چکیده
- رسوب در مبدل های حرارتی یکی از مشکلات عمده در زمان کارکرد این تجهیزات است که باعث ضرر و زیان های قابل توجهی می‌گردد. این پدیده باعث افزایش مقاومت انتقال حرارت و در نتیجه کاهش بازدهی مبدل های حرارتی است. نشست رسوب همچنین موجب افزایش افت فشار، مصرف انرژی، هزینه نگهداری و کاهش ظرفیت خواهد شد. مثلاً بعضی از کارخانجات تاسیسات شیمیایی صنعتی بارها به دلیل رسوب زدایی و تمیز کاری از کار می افتند و این خود موجب کاهش ظرفیت تولید و افزایش هزینه نگهداری می‌شود. طبق تحقیقات صورت گرفته 35 تا 40% مبدل حرارتی به کار گرفته شده در صنعت از نوع پوسته و لوله است که از این بین مبدل های حرارتی با بفل قطاعی سهم ویژه‌ای را به خود اختصاص داده است. این بافل ها برای نگهداری لوله ها و جلوگیری از ارتعاش آنها به کار می‌روند. در کنار این کاربردها این بفل ها باعث ایجاد بعضی از معایب شامل ایجاد رسوب در نواحی مرده و افزایش افت فشار و انرژی پمپاژ می‌گردند. استفاده از مبدل های پوسته و لوله با بفلهای حلزونی یا مارپیچی می‌تواند به برطرف کردن این نواقص کمک کند. هدف این پروژه مدل سازی عددی برای رسوب در مبدل های حرارتی بابفل حلزونی است. برای مدل سازی و این پدیده سه مرحله پیاپی از جمله جریان آشفته، دنبال کردن ذره چسبندگی ذره انتخاب و اتخاذ گردیده است. در ابتدا یک مدل برای جریان آشفته انتخاب و از این مدل به عنوان پایه برای توسعه مدل ردیابی ذرات استفاده می‌شود. مدل آشفته و مدل ردیابی ذره به همراه چسبناکی ذره برای محاسبه نرخ رسوب استفاده می‌شود. مدل آشفته انتخاب شده RNG k-? است. یک مدل ردیابی ذره لاگرانژی برای تعیین مسیر ذرات استفاده می‌شود و در آخر این داده به همراه چسبندگی ذره برای محاسبه نرخ رسوب روی لوله‌ها ترکیب می‌گردد. نتایج نشان می دهد که نرخ رسوب به شدت تابع قطر ذرات بوده به طوریکه با افزایش قطر ذرات نرخ رسوب افزایش پیدا می کند اما در بعضی از بازه ها با افزایش قطر نرخ رسوب روند کاهشی را نشان می دهد. در اکثر قطر ذرات نرخ رسوب در ردیف دوم بیش از 2 برابر رسوب در ردیف سوم دسته لوله مبدل مورد مطالعه می‌باشد. همچنین نرخ رسوب در ردیف دوم لوله ها بیشترین مقدار را به خود اختصاص داده است.
- Abstract
- Fouling of heat exchanger surfaces is one of the main problems at operating condition of this equipment which lead to significant losses. This phenomena leads to increase of thermal resistance and consequently reduction of heat exchanger performance. Higher pressure drop, energy consumption, cost of maintenance and plant capacity reduction are the results of fouling in heat exchangers. For Example some of chemical factories are shut down several times because of cleaning of exchangers surfaces and this problem causes to decrease production capacity and increase cost of maintenance. According to some studies, more than 35-40 percent of heat exchangers are shell and tube exchangers and heat exchangers with segmental baffles are more common among the other the types of exchangers. Segmental baffles are used for supporting of tube bundle, making turbulence and preventing tubes from vibrating. Besides these advantages, these types of baffle have some drawbacks including fouling in dead zones and increasing in pressure drop. Use of shell and tube exchangers with helical baffles, as a new baffle generation, help to remove these problems. In this project a numerical model for fouling of tube bundles is developed. A three step sequential methodology involving turbulent flow, particle tracking and particle adhesion is adopted to model the phenomenon. Firstly a robust model for turbulent flow is developed and this model is used as a base for development of particle tracking model. Both these models are used finally with an existing particle adhesion model to calculate fouling rates. The RNG-K? turbulence model is used. Lagrangian particle tracking model is developed and is used to determine particle trajectories. Finally all of this data is coupled with an existing particle adhesion model to calculate deposition rates on cylinder surface. Results indicate that the fouling rate depends on diameter of particle strongly and it increases with increasing of particle diameter but it decreases with increasing of particle diameter in some ranges of particle diameters. The fouling rate in second row of exchanger is two times of fouling rate of third row. Also the fouling rate of second row is the maximum fouling rate.
