تحلیل تجربی و عددی گرمایش سیال فرآیندی عبوری از لوله با استفاده از هیترهای تشعشعی کاتالیستی

در مقاله حاضر، عملکرد هیترهای تشعشعی کاتالیستی به منظور گرمایش سیال فرآیندی عبوری از لوله، به صورت تجربی و عددیمورد بررسی قرار گرفته است. عامل اصلی انتقال حرار در این هیتر ها، تابش مادون قرمز می باشد. این حرارت تابشی حاصل واکنشاحتراق کاتالیستی بر روی لایه های فیبری هیتر است. در پنل های مذکور، گاز طبیعی بر روی کاتالیست فلزات نجیب بدون تشکیل شعله ودر دمای پایین با اکسیژن محترق می شود. همچنین با استفاده از احتراق دمای پایین در این هیتور هوا مشکلات زیست محیطی که در سیستمهای مرسوم وجود دارد، به دلیل عدم تولید آلاینده هایی نظیر NOx مرتفع می گردد. به منظور بررسی نحوه عملکرد هیترهای کاتالیستی، دستگاه تست این سیستم طراحی و ساخته شد و کارکرد یک نمونه تجاری از آن ها جهت گرمایش هوای عبوری از درون لولهمورد بررسی قرار گرفت. شبیه سازی عددی هیتر با استفاده از نرم افزار ANSYS FLUENT 14.0 انجام گرفته است. در این شبیه سازی، جهت تحلیل حرارت تابشی خروجی بین صفحات پنل و جداره خارجی لوله از مدل تشعشعی S2S استفاده شده است. همچنین از مدل دو معادله ای Realizable k -Ԑ برای مدلسازی جریان آشفته سیال عبوری از لوله بهره گرفته شده اسوت . انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محفظه پنل نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج عددی حاصل، تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از تست هیتر نشانمی دهد. اعتبار بخشی به نتایج شبیه سازی با استفاده از پارامتر دمای سطح پنل و دمای سیال عبوری از درون لو له در مقاطع ورودی و خروجی انجام شده است. خطای شبیه سازی در دمای سطح پنل ها، 5% و در دمای سیال فرآیندی خروجی از لوله، به میزان 0/5% تخمین زده شده است. در شبیه سازی حاضر راندمان حرارتی هیتر در حدود 18/5% محاسبه گردید. همچنین نشان داده شد که 38 درصد از حرارت تولیدی از پنل به واسطه خروج محصولا احتراق و 36 درصد به واسطه تلفات حرارتی از دیواره های جانبی از سیستم خارجمی گردد.

Keywords:

هیتر تشعشعی کاتالیستی- مدل تشعشعی S2S , شبیه سازی عددی , پنل تشعشعی کاتالیستی , دستگاه تست عملکرد