انتقال حرارت در مبدل حرارتی حلزونی، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه انتقال حرارت در مبدل حرارتی

در این پروژه، به شبیه سازی انتقال حرارت در مبدل حرارتی حلزونی، توسط نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم. در مسیر مارپیچ این مبدل، از دو مسیر برای آب سرد و آب گرم استفاده می شود به شکلی که اختلاف دمای دو جریان آب موجب انتقال حرارت شود. جریان گرم به قسمت مرکزی مبدل حرارتی وارد می شود و از محیط مبدل حرارتی ( بخش جانبی) در جهت عمود بر ناحیه ورودی خارج می شود، در حالیکه جریان سرد خلاف جهت جریان گرم است و مستقیما وارد بخش جانبی مبدل حرارتی می شود و از قسمت مرکزی آن در جهت عمود بر مسیر ورودی، خارج می شود.

هندسه سه بعدی این پروژه در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) طراحی شده است. صفحات کویل بین دو مسیر جریان گرم و سرد از فولاد با ضخامت 0.01 تعبیه شده اند و دیوار بیرونی مدل هم از فولاد ساخته شده است. هندسه مدل حاضر شامل یک استوانه با صفحه جداکننده در داخل استوانه است که دو فضای مجزا برای جریان سیال سرد و گرم ایجاد می کند. به همین ترتیب برای هر یک از دو فضای ایجاد شده، یک مقطع ورودی و خروجی مسیر جریان ورودی و خروجی را مشخص شده است و ساختار آنها به گونه ای است که مسیرهای جریان ورودی و خروجی بر یکدیگر عمود هستند. مش بندی مدل حاضر توسط نرم افزار ICEM انجام شده است. مش بدون ساختار بود و تعداد سلول های محاسباتی آن، 450631 می باشد.

روش های استفاده شده

این مساله به صورت پایا (Steady) حل شده است. مقدار دبی جرمی ورودی برای جریان آب گرم و جریان آب سرد به ترتیب 3 کیلوگرم بر ثانیه و 2 کیلوگرم بر ثانیه می باشد. همچنین دمای جریان آب گرم ورودی، 313 کلوین و دمای جریان آب سرد ورودی، 289 کلوین در نظر گرفته شده است. معادله انرژی جهت شبیه سازی انتقال حرارت و محاسبه تغییرات دما، فعال شده است. همچنین با فعال کردن نیروی گرانش، نیروی بویانسی به عنوان نیروی حائز اهمیت در شبیه سازی های انتقال حرارت جا به جایی، در نظر گرفته شده است.

نتایج شبیه سازی انتقال حرارت در مبدل حرارتی

همانطور که از کانتورها مشخص است، فشار دارای مقدار ماکزیمم خود روی دیواره های خارجی می باشد. کانتورها نشان می دهند که اگرچه  سرعت در مرز های خروجی و ورودی دارای بیشینه خود است، اما به هرحال، مبدل نقش خود را به درستی انجام داده، جریان ورودی آب سرد افزایش دما داشته و با مقدار دمایی بیشتری از دمای ورودی، از دامنه خارج می شود. همچنین دمای جریان ورودی آب گرم، اندکی کاهش یافته است.