عنوان پایان‌نامه
تحلیل تئوری تجربی و معماری دسته لوله ها به کمک تئوری ساختاری
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3225;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74354
- تاریخ دفاع
- ۰۵ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- شعیب محجوب
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- رساله حاضر بمنظور بررسی چیدمان بهینه پره های حلقوی نصب شده روی لوله های یک مبدل حرارتی هواخنک انجام گردید. با بررسی پژوهشهای پیشین دیده شد که حالتی بهینه برای انتقال حرارت از لوله های پره دار و حالت ویژه آن که مبدلهای هواخنک می باشد وجود دارد؛ لیکن این شرایط بهینه تعیین نشده بود. یکی از راههای افزایش تبادل حرارت در مبدل های هوا خنک که ضریب جابجایی سمت هوای آن پایین است، استفاده از سطوح گسترده و شکل بسیار رایج آن پره های حلقوی است. این افزایش سطح به دو صورت افزایش ارتفاع پره ها و دیگری افزایش تعداد پره ها امکان پذیر است. اما افزایش ارتفاع پره باعث کاهش راندمان شده و افزایش تعداد پره باعث ایجاد افت فشار و کاهش ضریب جابجایی می گردد. بنابراین در یک شرایط جریانی مشخص، مبدل دارای یک ساختار بهینه می باشد. در اینجا به کمک تئوری ساختاری که ابزاری توانا در بهینه سازی می باشد، چیدمان بهینه پره ها روی یک لوله بصورت کاملا تحلیلی بدست آمد. در این پژوهش، هوا بعنوان سیال خنک کن وآب بعنوان سیال گرم داخل لوله و مس بعنوان ماده پره درنظر گرفته شد. همچنین نشان داده شد که در یک شرایط جریانی مشخص، مقدار ماده پره نیز دارای مقداری بهینه می باشد. مشاهده شد که در سرعت های بالای جریان هوا، ساختار بهینه دارای ارتفاع پره کم و تعداد پره زیاد می باشد و در این حالت تعداد پره ی بهینه بسیار تحت تاثیر عدد استانتون می باشد سپس با استفاده ازتحلیل انتروپی، به بررسی عملکرد حرارتی و هیدرولیکی دسته لوله پره دار پرداخته شرایط جریانی بهینه مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تغییرات نرخ تولید آنتروپی در مبدل هواخنک خشک و تبخیری، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله عدد رینولدز جریان داخل لوله ها، عدد رینولدز جریان هوا و تغییرات دمای محیط بر مبدل بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده با تغییرات عدد رینولدز سیال داخل لوله ها دارای یک مقدار مینیمم می باشد. همچنین دیده شد که این مقدار مینیمم و عدد رینولدز متناظر با آن، به پارامترهای هندسی مساله و شرایط دمایی سیال ها و پارامترهای جریان وابسته است. بعد از آن جهت بررسی اعتباردهی نتایج تحلیلی، یک دستگاه آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. با انجام آزمایش های لازم، داده های مورد نیاز ثبت گردید و نتایج مفیدی به دست آمد. کلمات کلیدی: لوله پره دار، مبدل هوا خنک، تئوری ساختاری، تولید آنتروپی در جریان سیال و گرما
- Abstract
- The present dissertation is devoted to the study of optimal arrangement of circular fins of an air-cooled heat exchangers. Going through the literature, it was seen that there exists an optimal condition for heat transfer from finned tubes, but that condition had not identified one of enhanced heat transfer techniques. At air-cooled heat exchangers where air-side convective heat transfer coefficient is low, is the usage of extended surfaces such as circular fins. This surface enhancement can be due to increase of the fin height or/and the increase of the fin number. But, the increment of fins height leads to fin efficiency reduction; while having more fins results in more pressure drop and lower convective heat transfer coefficient. Therefore, in a given flow condition, there is an optimal construct for the heat exchanger. In this study, constructal theory which is a useful tool in optimization is invoked to determine the optimal architecture of fins on a tube, analytically. It is shown that at a given flow condition, there is an optimum for fin material. It is also observed that at high air velocities, the optimal construct has short fins with more fin number. Also, at this condition the optimal fin number is contingent on the Stanton number, noticeably. Next, using entropy generation analysis, finned tube bundle is investigated thermally and hydro dynamically. The results show that the total entropy generation is minimized at a special Reynolds number. Moreover, the minimum entropy generation and it's corresponding Reynolds number depend on the geometrical parameters, temperature of the fluids and flow parameters. Finally, to validate the analytical results, an experimental set-up was designed and constructed. Carrying out the test runs, the required data were registered and reduced. Keywords: finned tube, air-cooled heat exchanger, constructal theory, entropy generation through heat and fluid flow.
