شبیه سازی عددی افزایش انتقال حرارت در یک مبدل دو لوله‏ای ‏به کمک نوار پیچانده شده متحرک

مطالعه حاضر بر روی افزایش انتقال حرارت در یک مبدل دو لوله ای به کمک نوار پیچانده شده متحرک انجام گردید و تاثیر چرخاندن نوار پیچانده شده بر توزیع دما، افت فشار و افزایش راندمان بررسی شده است. قرار دادن نوارهای پیچانده شده در لوله یک روش ساده غیر فعال برای افزایش انتقال حرارت است که این عمل از طریق ایجاد اغتشاش در جریان، بر هم زدن لایه مرزی و تغییر در رژیم جریان، موجب افزایش انتقال حرارت می شوند که همواره با افت فشار همراه است. در این کار، نوار مارپیچ که در لوله داخلی یک مبدل حرارتی دولوله ای قرار دارد با دور ثابت حول محور خود دوران می کند. سیال عامل در داخل لوله آب می باشد. برای مدل سازی جسم مورد تحلیل، با توجه به نیاز به دقت بالای سطح زنی، نرم افزار سالیدورکس انتخاب شده است. سپس سطوح تولیدی، تبدیل به حجم شده و به صورت فایل خروجی به نرم افزار گمبیت برای شبکه بندی فرستاده شد و تحلیل این مطالعه به روش عددی و در نرم افزار تجاری انسیس-فلوئنت انجام گرفته است. پارامترهای مورد نظر در این پژوهش سرعت چرخش نوار و سرعت جریان می باشد. سرعت های مورد بررسی برای چرخش نوار پیچانده شده شامل پنج سرعت متفاوت و یک حالت سکون بوده و تاثیر سرعت جریان بر میزان انتقال حرارت در پنج عدد رینولدز مختلف سنجیده شده است. نمودار تغییرات فشار و عدد ناسلت و همینطور ضریب اصطکاک در عدد رینولدز متفاوت و سرعت چرخش مختلف، مورد بررسی قرار گرفت. اعتبارسنجی حل عددی انجام شده، با مدل آزمایشگاهی ارائه شده توسط اسمیت[12]، انجام شده است و تطابق خوبی مشاهده شده است. مدل سازی در سه حالت انجام گرفته است؛ در حالت اول از لوله ساده استفاده شده؛ در ادامه و در حالت دوم نتایج با افزودن نوار پیچانده شده ثابت، کامل تر شده و الگوی انتقال حرارت و عدد ناسلت مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته و در حالت سوم نوار پیچانده شده از حالت سکون خارج شده و تحت دوران قرار گرفته است. تحلیل داده ها نشان داد که نوار پیچانده شده موجب بهبود الگوی انتقال حرارت و افزایش عدد ناسلت به میزان 13.46 درصد در رینولدز 20000 افزایش یافته است. شبیه سازی برای اعداد رینولدز از 4000 تا 20000 انجام شده است.

Keywords:

انتقال حرارت , مدل سازی عددی , نوار پیچانده شده , نوار مارپیچ , عدد ناسلت , افت فشار , انسیس-فلوئنت