شبیه سازی مبدل های حرارتی با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس

شبیه سازی مبدل های حرارتی با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس

مبدل گرمایی یا مبدل های حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر 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.

عموماً تجهیزات حرارتی در سامانه‌های فرایندی مثل پالایشگاه‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.

فهرست مطالب شبیه سازی مبدل های حرارتی:

• 1- مبدل های حرارتی. 4
• 1-1Heater 4
• 2-1 HeatX.. 6
• – محاسبات Short Cut 8
• 1- روش Short Cut / Design. 8
• ۲- روش Short Cut / Simulation. 10
• – محاسبات Detailed. 10
• ۱- روش Detailed / Rating. 10
• Geometry / Tube L. 15
• Geometry / Tube fins 16
• Geometry / Baffles 17
• Geometry / Nazzle. 18
• ۲- روش Detailed / Simulation. 20
• محاسبات Hetran-Riorous 20
• Hetran. 21
• Aerotran. 22
• HTRIIST. 22
• شبيه سازي مبدل حرارتي پوسته لوله توسط نرم افزار Aspen Plus,HTFS به منظور افزايش نرخ انتقال حرارت.. 23
• 1-مقدمه. 23
• 2- روابط حاكم. 23
• 3- معرفي مدل سازي.. 25
• 4- تحليل نتايج بدست آمده 26
• 5-بهينه سازي هندسي. 29
• 6-نتيجه گيري.. 30
• 7- منابع. 30
  

فهرست شکل ها و جداول موجود در پروژه شبیه سازی مبدل های حرارتی با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس

• شكل1: شماتيك كلي ترسيم شده توسط نرم افزار 25
• جدول 1- مشخصات جريان هاي ورودي.. 25
• جدول 2- مشخصات مبدل حرارتي.. 26
• شكل 2- نرخ تغييرات انتقال حرارت و دماي خروجي گرم بر اساس تغييرات دبي جريان گرم. 27
• شكل 3- تغييرات نرخ انتقال حرارت و دماي خروجي گرم بر اساس تغييرات دبي جريان سرد. 27
• شكل 4- تغييرات نرخ انتقال حرارت و سطح محاسبه شده بر اساس تغييرات دماي جريان.. 28
• شكل 5- تغييرات دماي خروجي جريان سرد و گرم بر اساس تغييرات ميزان انتقال حرارت.. 29
• شكل 6- شماتيك كلي مبدل طراحي شده توسط نرم افزار  HTFS. 29
• جدول ۵- مشخصات کلی مبدل طراحی شده توسط نرم افزار  HTFS. 30

 

قسمتی از مطالب 

1-مقدمه

امروزه با وجود با ارزش بودن انرژي در دنيا به دنبال صرفه جويي در آن و يا ا ستفاده بهينه از آن مي باشيم. در صنعت نيز انرژي نقش مهمي را ايفا مي كند. با توجه به پايان يافتن انرژي هاي تجديد پذير بايســتي كه به بهترين شــكل ممكن(كمترين هدر رفت) از آن هااســتفاده كرد.

با انتخاب و به كار گيري يك مدل مناســب مي توان بهترين عملكرد را از اين دســته انرژي ها اســتخراج كرد. يك واحد صنعتي براي سود آوري هر چه بيشتر بايد به دنبال كاهش يا حذف هزينه هاي اضافه و افزايش كارايي و در آمدها با شد. مبدل هاي حرارتي در صنايع از مهمترين عوامل انتقال انرژي به حساب مي آيند. به طور كلي هدف از به كار گيري مبدل ها(و شبكه هاي مبدل)صرفه جويي در مصرف انرژي مي با شد.

يعني اگر  در مبدل هاي حرارتي اصول به درستي رعايت نشود ميتواند باعث هدر رفتن مقدارزيادي از انرژي شــده و  به دنبال آن هزينه زيادي را در بر خواهد داشــت. در اين تجهيزات با روش هايي از قبيل عايق كاري مناســب،تعمير و نگهداري به موقع، انتخاب مناســب نوع ماده به كار رفته در ســاخت مبدل (از نظر انتقال حرارت)و.. مي تواند عوامل مهمي درتعيين مصرف انرژي باشد.

در مبدل هاي حرارتي به جز عوامل داخلي از قبيل هندسه ، وزن و …. كه تاثير بسيار زيادي بر كارايي مبدل دارد عوامل خارجي ديگري نيز وجود دارد كه علاوه بر تعيين راندمان مبدل مي تواند در مصرف انرژي نقش قابل توجهي را ايفا كند.

 bejan  و vargas

آقاي  bejan [1] به همراه آقاي vargas  در ســـال 1999  با طراحي يك نيروگاه حرارتي كوچك ســـعي در افزايش بازده مبدل راداشتند، در اين نيروگاه از يك مبدل حرارتي استفاده شده كه با آناليز متغير هاي آن و بهينه سازي آن ها موفق به افزايش بازده آن درحالت تئوري شوند اما اجراي عملي آن تقريبا ممكن نبود.

در سال 2004 آقاي chen[2] مورد مشابهي را بررسي كرد و با اصلاح بعضياز متغير ها بازده مبدل را در حالت تئوري افزايش داد اما اين طرح به طور كامل قابل اجرا نبود.

KEVIN M. LUNSFORD[3]در سال 1998 با انتخاب پره هاي مناسب ، كاهش افت فشار سيال درون مبدل و اصلاح هندسي مبدل و انتخاب محل صحيح قرار گيري مبدل درون فرآيند توانست تا مقدار زيادي عملكرد مبدل را افزايش دهد.

اين موضوع به دليل اهميت بالاي آن از ديدگاه هاي از قبيل CFD(محاسبات ديناميك سيالات)، تكنولوژي پينچ، شبيه سازي توسط نرم افزار aspen b-jac و … مورد بحث قرار گرفته شده است، در مبدل ها بيشينه انتقال حرارت زماني ميسر مي شود كه جريان ها به  صورت متقابل و يا نا همسو وارد مبدل گردد به همين دليل اين مدل از جريان ها مورد بحث قرار گرفته شده است 

  در اين مقاله با  انجام شبيه سازي يك مبدل حرارتي پوسته لوله در نرم افزار  aspen plus(با شرايط هندسي مفروض) راهكاري جهت صرفه جويي در انرژي و انتقال حداكثر حرارت از مبدل پيشنهاد مي شود.سپس با به كار گيري نتايج و انتقال آن در نرم افزار HTFS بهينه سازي هندسي انجام مي شود.

 

2– مبدل های حرارتی

 کلیه مدل های موجود در Aspen plus

برای شبیه سازی مبدل های حرارتی مطابق جدول زیر می باشد: 

Heater 2-1 

در شکل زیر نحوه اتصالات مربوط به Heater را ملاحظه می کنید: 

هیتر یک یا چند جریان را گرفته و به یک جریان با شرایط مشخص تبدیل می کند. مدل هیتر صرفا در گرم کن ها و سرد کن ها استفاده نمی شود و در شبیه سازی شیرها، پمپ ها و کمپرسور ها نیز قابل استفاده است، پس از انتخاب هیتر در صفحه فلوشیت و انتخاب آن صفحه مشخصات به صورت زیر ظاهر خواهد شد 

در صفحه مشخصات هیتر دو مورد از 8 مورد زیر بسته به هدف ما باید انتخاب شوند:

پوشه مربوط به Heater ، پوشه Icurves وجود دارد. در این پوشه می توان منحنی های ترکیبی از دما، فشار ، انرژی و کسر بخار جریان خروجی یا هر خاصیت دیگری که به صورت Prop-Set ایجاد شده باشد را بررسی نمود. در این صفحه در ابتدا باید یکی از متغیرهای دما ، كسر بخار یا گرما به عنوان متغیر مستقل انتخاب شود. 

 

 سمینار شبیه سازی مبدل های حرارتی با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس در 31 صفحه توضیح داده شده است. بخش های مهم در این سمینار به بررسی انواع مبدل های حرارتی، نحوه اجرا در نرم افزار اسپن پلاس و روابط حاکم بر آنها با تصویر و توضیحات کامل با ذکر مثال پرداخته شده است. منابع معتبر نیز ذکر شده است، با خرید این سمینار، زمان و تجربه مارا داشته باشید.