مطالعه عددی اثرات ضخامت و ضریب هدایت حرارتی رسوب بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله‌ای

در این تحقیق به مطالعه عددی اثر ضخامت و ضریب هدایت حرارتی رسوب بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله ای دارای جریان متلاطم و غیرهمسو به طول 2 متر پرداخته شده است. در سمت لوله که آب فرایندی جریان دارد سه عدد رینولدز 35000، 40000 و 45000 و در سمت پوسته که آب خنک کننده جریان دارد رینولدز 50000 در نظر گرفته شده‌اند. با استفاده از جداول استاندارد، حداکثر ضخامت رسوب در سمت لوله mm5/1 و در سمت پوسته mm2 در نظر گرفته شده‌اند. با توجه به جنس رسوب، ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت لوله W/m.K9/2 و در سمت پوسته سه ضریب 38/1، 14/2 و W/m.K9/2 در نظر گرفته شده‌اند. مدلسازی‌های عددی با استفاده از نرم‌افزارهای گمبیت و فلوئنت انجام شده است و با انجام یک مطالعه پارامتری مشخص شده است که با افزایش ضخامت رسوب در دو سمت مبدل و نیز با کاهش ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت پوسته، دمای خروجی سیال گرم افزایش و دمای خروجی سیال سرد کاهش می‌یابند. افزایش ضخامت رسوب موجب کاهش سطح مقطع آزاد جریان سیال و افزایش سرعت جریان سیال و در نهایت منجر به افزایش افت فشار می‌شود. حداکثر افزایش افت فشار در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت‌های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 42 درصد و 92 درصد می‌باشند. با افزایش ضخامت رسوب، ضریب انتقال حرارت جابجایی محلی و متوسط در سمت لوله و سمت پوسته نسبت به حالت تمیز افزایش می یابد. حداکثر افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت‌های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 15 درصد و 22 درصد می‌باشند. با این وجود، با افزایش ضخامت رسوب، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی نسبت به حالت تمیز کاهش قابل ملاحظه‌ای می یابند. با کاهش ضریب هدایت حرارتی در سمت پوسته، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی کمتر نیز خواهند شد. حداکثر کاهش ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی در بین حالت‌های مختلف رسوب مورد بررسی نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 79 درصد و 78 درصد می‌باشند.

Keywords:

رسوب , مطالعه عددی , مبدل حرارتی دو لوله‌ای , جریان متلاطم