عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی اثر زبری و شیب لوله بر انتقال حرارت جوشش جابجایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3296;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75820;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3296;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75820
- تاریخ دفاع
- ۲۵ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- علیرضا تکلیفی
- استاد راهنما
- محمدعلی اخوان بهابادی, پدرام حنفی زاده
- چکیده
- با توجه به توسعه سریع فناوری در حوزه نیروگاه های حرارتی در دنیا با هدف افزایش راندمان و بهره وری این نیروگاه ها، نیاز به دستیابی به فناوری های پیشرفته در طراحی، ساخت و نصب تجهیزات نیروگاهی غیرقابل چشم پوشی است. از آنجا که یکی از مهمترین تجهیزات نیروگاه های حرارتی بخاری، بویلرهای آن نیروگاه ها هستند، توسعه دانش و فناوری های مرتبط با این تجهیز نیز از اهمیت ویژه ای بالاخص در افزایش راندمان حرارتی نیروگاه برخوردارند. بویلرهای نیروگاهی نسل جدید با ایجاد قابلیت کارکرد در دما و فشارهای بالا (بالاتر از فشار بحرانی سیال) به شدت راندمان حرارتی تولید برق بخاری را بهبود داده اند. در تحقیق تجربی حاضر تلاش شده است که رفتار ترمو-هیدرولیک لوله های بویلرهای نیروگاهی با قابلیت کارکرد در شرایط فشار مادون و مافوق بحرانی و دماهای بالا بررسی شوند. همچنین اثرات بهبود انتقال حرارت و افت فشار در اثر خان دار کردنو شیب دار کردن لوله ها در چیدمان درون بویلرها، به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی اثرات تغییر شار جرمی و شار حرارتی بر انتقال حرارت و افت فشار در شرایط آزمایش فوق نیز مورد تحقیق قرار گرفتند و نهایتاً با استفاده از مجموع داده ها روابط تجربی مربوط به ضریب انتقال حرارت جابجایی و افت فشار اصطکاکی ارائه شدند. به منظور ایجاد دید فیزیکی و همچنین ارزیابی امکان بهره برداری از نرم افزارهای تحلیل عددی برای تعمیم به شرایط خارج از آزمایش، نسبت به شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار Fluent، اقدام شد. در فصل اول مقدمه ای بر انتقال حرارت در لوله ها، در فصل دوم مروری بر ادبیات موضوع، در فصل سوم توضیحات مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی، در فصل چهارم بحث در نتایج، در فصل پنجم روابط تجربی مستخرج، در فصل ششم شبیه سازی عددی و در فصل هفتم جمع بندی و پیشنهادات ارائه شده اند. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که استفاده از لوله های خان دار در شرایط جریان در فشارهای مادون بحرانی تا 7 برابر و در شرایط مافوق بحرانی تا 2 برابر در مقایسه با استفاده از لوله های صاف بهبود در عملکرد لوله های اواپراتور بویلرها را به همراه دارد.
- Abstract
- The effect of various inclination angles and internal ribs on heat transfer and pressure drop of water flow inside tubes at subcritical, near critical and supercritical operating pressures is investigated experimentally. The test sections were a smooth tube and for comparison a SA213T12 steel six-headed internally ribbed tube. For both of them inner hydraulic diameters were measured and calculated to be 19.5 mm. The operating test pressures were 15, 21.5, 22.5, 25 and 28 MPa, the mass fluxes were 600, 800 and 1000 kg?(m^2 s) and the heat fluxes were 300,400 and 500 kW?m^2 . The inclination angles those were studied were 5, 20, 30, 45 and 90 (vertical) degrees with respect to horizontal plane. In order to find more details about the physical flow behavior inside the tube a numerical simulation was conducted for some flow conditions by using commercial software. As a result the inner wall temperature, convective heat transfer coefficient variations, Nusselt number and pressure drop variations with respect to bulk enthalpy of fluid and steam qualities were depicted and discussed thoroughly for various flow conditions and inclination angles. The corresponding correlations for heat transfer coefficient and pressure drop inside the test tube were developed which are supposed to be applicable for a wide range of inclination angles and flow conditions. The heat transfer enhancement was obvious for inclination angles other than 90?, however, this effect was more obvious in 5 and 20 degrees in some operating conditions. It was also concluded that the effect of inclination on heat transfer of water was more considerable in subcritical flow conditions than supercritical ones. Also, it was observed that angle of 20? seems to be the best for subcritical flows from heat transfer point of view, but for supercritical flows 5 or 45 degrees seem to be more advantageous. These differences could be related to different heat transfer mechanisms of subcritical and supercritical flows. Form roughness point of view it could be concluded that the rifled tube was found to be more tolerant than smooth tube in harsh heat transfer deterioration conditions, especially for subcritical and near critical flow conditions. The results from numerical simulations found to be acceptable to show the overall fluid flow physics inside the tube but for heat transfer and pressure drop characteristics evaluations still it is a long way to go for these codes.
