بررسي عددي انتقال حرارت و توزيع گراديان دما در مبدل حرارتي دو لوله اي پيشگرمكن آمونياك با جريان دوفازي ، توربولانسي

در اين تحقيق، مبدل حرارتي دو لوله اي با عنوان مبدل حرارتي پيشگرمكن آمونياك مورد مطالعه و شبيه سازي عددي انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار فلوئنت بصورت دو فازي و جريان آشفته انجام شده است كه با توجه به اختلاف دماي زياد بين سيال ورودي در لوله داخلي و لوله خارجي مبدل حرارتي دو لوله اي مورد تحقيق، سيال آمونياك تغيير فاز داده و به بخار آمونياك تبديل ميشود. براي اعتبار سنجي شبيه سازي از يك لوله گرمايي استفاده شده است. در اين شبيه سازي دوفازي، از روش اويلر با جريان موازي و معكوس انجام و مقايسه گرديد كه نشان ميدهد عملكرد مبدل حرارتي با جريان ناهمسو بدليل بيشتر بودن دماي سيال خروجي لوله مركزي بهتر از مبدل حرارتي جريان همسو ميباشد و بعبارت ديگر انتقال حرارت بيشتري صورت گرفته است و همچنين نمودار ها نشان ميدهند كه در فاصله معيني از ابتداي مبدل فرآيند تغيير فاز آمونياك شروع شده و بعد از تكميل فرآيند تبخير در فاصله خاصي از ابتداي مبدل بدليل بروز پديده پتويي بخار، دماي ديواره و سيال كاهش ميابد. با شبيه سازي مبدل مورد نظر و داشتن دماي سطوح داخلي و خارجي با توجه به اختلاف زياد دماي سيال ورودي ، بررسي و آناليز تنش حرارتي و شبيه سازي بر روي لوله داخلي و خارجي ميتواند مورد توجه قرا گيرد.

Heat exchangers are devices used to transfer heat between two or more fluid streams at different temperatures. Heat exchangers find widespread use in power generation, chemical processing, Oil and gas refinery and petrochemical plant. In the analysis presented here, we consider steady state operation, and we assume that the heat lost to the surroundings is negligible compared with the rate at which heat is exchanged between the two streams. For modeling purposes we simplify these to two possible patterns. One is termed a concurrent heat exchanger, while the other is termed a countercurrent heat exchanger. The double pipe heat exchangers are commonly used in industry due to their simplicity in design and also their operation at high temperatures and pressures. For validation, in the present study, evaporation phenomena in a thermosyphon were modeled. The Euler technique was used to model the interaction between these phases. The CFD predicted temperature profile in the thermosyphon was compared with experimental measurements and a good agreement was observed. Two-phase flow is a difficult subject principally because of the complexity of the form in which the two fluids exist inside the pipe, known as the flow regime. A numerical study of the thermal and fluid-dynamic behavior of the two-phase flow in conducts is presented. The verification of the models developed has been carried out by means of a study of mesh density and precision criteria to make sure that the solution is free of numerical errors. The process in solving CFD consists of modeling and meshing the basic geometry of double pipe heat exchanger using CFD package ANSYS 15.0. Here, in this work, an analysis has been done for a double pipe heat exchanger with constant heat transfer coefficient with parallel and countercurrent flow.